PROSES TERMAL - mencari dan memberi yang terbaikphariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2016/12/Bab-08-ProsesTermal.pdf · • HarusHarus tahu tahu kombinasikombinasi suhusuhu--waktu yang

TPG330-Proses Panas 8/24/2011

Purwiyatno Hariyadi/ITP, Fateta, IPB 1

PROSES TERMALPROSES TERMALPROSES TERMALPROSES TERMALL t N tL t N tLecture Note Lecture Note Principles of Food Principles of Food EngineeringEngineering (ITP 330)(ITP 330)

Prof. Prof. DrDr. . PurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi, , MScMSc

Dept of FoodDept of Food Science &Science & TechnologyTechnologyDept of Food Dept of Food Science & Science & TechnologyTechnologyFaculty of Agricultural TechnologyFaculty of Agricultural TechnologyBogor Agricultural UniversityBogor Agricultural UniversityBOGORBOGOR

PROSES TERMALPROSES TERMAL

Pustaka :Pustaka :Toledo, RT. 1991. P.315 Toledo, RT. 1991. P.315 -- 390390Texas A&M Home pageTexas A&M Home page(http//aginfo.tamu.edu/classes/index/html)(http//aginfo.tamu.edu/classes/index/html)




Instructional ObjectivesInstructional Objectives

•• Understand basic principles of thermal processingUnderstand basic principles of thermal processing–– kinetics of microbial decay (D, Z, LR)kinetics of microbial decay (D, Z, LR)–– determination of F0determination of F0–– calculation of processing timecalculation of processing time

•• Be able to list and discuss important applications of Be able to list and discuss important applications of thermal processing in the food indusctrythermal processing in the food indusctrythermal processing in the food indusctrythermal processing in the food indusctry

•• Be able to list and discuss problems resulting to improper Be able to list and discuss problems resulting to improper thermal processing of food productsthermal processing of food products

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

-- memasak makanan/memasak makanan/cookingcooking-- pengawetan makanan : 1810 : Nicholas Appertpengawetan makanan : 1810 : Nicholas Appert


pengawetan makanan : 1810 : Nicholas Appertpengawetan makanan : 1810 : Nicholas Appert

8/24/2011




......................................> pengawetan makanan> pengawetan makanan

......................................> populer> populer


membunuh mikrobamembunuh mikrobainaktivasi enziminaktivasi enzimmenyebabkan perubahan warna, menyebabkan perubahan warna, t k t flt k t fl

p pp p

Kenapa???Kenapa???

8/24/2011

tekstur, flavortekstur, flavormenyebabkan perubahan daya cerna menyebabkan perubahan daya cerna makananmakananawetawet


-- pemasakan/pemasakan/cookingcooking

PROSES TERMAL : APLIKASI DI INDUSTRI PANGANPROSES TERMAL : APLIKASI DI INDUSTRI PANGAN

pp gg

-- penghangatan kembali/penghangatan kembali/rewarmingrewarming

-- pelelehan/pelelehan/thawingthawing

-- blansir/blansir/blanchingblanching

8/24/2011

-- pasteurisasipasteurisasi

-- sterilisasisterilisasi




Proses termal yang dilakukan pada suhu tinggi, >100Proses termal yang dilakukan pada suhu tinggi, >100ooC, dengan C, dengan tujuan memusnahkan spora patogen dan pembusuktujuan memusnahkan spora patogen dan pembusuk

PROSES TERMAL : STERILISASIPROSES TERMAL : STERILISASI

”Pengalengan” makanan : ”Pengalengan” makanan : ................> Makanan dalam kaleng> Makanan dalam kaleng-- trouble freetrouble free-- awet/tahan lamaawet/tahan lama

STERILITAS KOMERSIALSTERILITAS KOMERSIAL

•• Kondisi dimana telah tercapai pemusnahanKondisi dimana telah tercapai pemusnahan•• semua m.o. patogen dan pembentuk racunsemua m.o. patogen dan pembentuk racunp g pp g p•• m.o yang dalam kondisi penyimpanan dan penanganan normal m.o yang dalam kondisi penyimpanan dan penanganan normal

dapat menyebabkan kebusukandapat menyebabkan kebusukan

•• Produk steril komersial mungkin masih mengandung “Produk steril komersial mungkin masih mengandung “viableviable sporesspores”, ”, tetapi tidak dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan dan tetapi tidak dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan dan penanganan normalpenanganan normal


•• HarusHarus tahutahu kombinasikombinasi suhusuhu--waktuwaktu yangyang diperlukandiperlukan untukuntuk

PROSES TERMAL : STERILISASIPROSES TERMAL : STERILISASI

Perlu pengetahuan tantang Perlu pengetahuan tantang kinetikakinetikay gy g pp

memusnahkanmemusnahkan ““thethe mostmost heatheatresistantresistant pathogenpathogen and/orand/orspoilagespoilage organismorganism inin thetheproductproduct ofof interestinterest””..

•• Harus tahu karakteristik Harus tahu karakteristik

kinetika kinetika -- pemusnahan mikrobapemusnahan mikroba-- kerusakan mutukerusakan mutu

Perlu pengetahuan ttg pindah Perlu pengetahuan ttg pindah panaspanaspenetrasi panas produk yang penetrasi panas produk yang

dipanaskandipanaskan

PurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi/ITP//ITP/FatetaFateta/IPB/IPB

panaspanas-- pindah panas tak tunakpindah panas tak tunak-- sifat termalsifat termal



KINETIKA KINETIKA

1. Pertumbuhan mikroorganisme1. Pertumbuhan mikroorganisme


SalmonellaSalmonella spp.spp. 6.5 6.5 -- 4747 4.5 4.5 -- ?? >0.95>0.95(a)(a)

Factors Affecting the Growth of Some Foodborne PathogensFactors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens

OrganismOrganism GrowthGrowth Growth pHGrowth pH Growth aGrowth awwTemp Temp °°CC

Clostridium botulinumClostridium botulinumA & BA & B 10 10 -- 5050 4.7 4.7 -- 99 >0.93>0.93

nonproteolytic Bnonproteolytic B 5 5 -- ?? (b)(b) NRNR(c)(c)

EE 3.3 3.3 -- 1515--3030 (b)(b) >0.965>0.965FF 4 4 -- ? ? (b)(b) NRNR(c)(c)

Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus 7 7 -- 4545 4.2 4.2 -- 9.3 9.3 >0.86 >0.86 p yp yCampylobacter jejuniCampylobacter jejuni 25 25 -- 42 42 5.5 5.5 -- 8 8 NR NR Yersinia enterocoliticaYersinia enterocolitica 1 1 -- 44 44 4.4 4.4 -- 9 9 NR NR Y. pseudotuberculosisY. pseudotuberculosis 5 5 -- 43 43 (b)(b) NR NR Listeria monocytogenesListeria monocytogenes 2 2 -- 45 45 4.8 4.8 -- 9.6 9.6 >0.95>0.95(d)(d)




Vibrio choleraeVibrio cholerae O1O1 8 8 -- 42 42 6 6 -- 9.6 9.6 >0.95 >0.95

Factors Affecting the Growth of Some Foodborne PathogensFactors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens

OrganismOrganism GrowthGrowth Growth pHGrowth pH Growth aGrowth awwTemp Temp °°CC

Vibrio parahaemolyticusVibrio parahaemolyticus 12.8 12.8 -- 40 40 5 5 -- 9.6 9.6 > .94 > .94 Clostridium perfringensClostridium perfringens 6 6 -- 52 52 5.5 5.5 -- 8 8 > .93 > .93 Bacillus cereusBacillus cereus 10 10 -- 49 49 4.9 4.9 -- 9.3 9.3 > .95 > .95 Escherichia coliEscherichia coli 2.5 2.5 -- 45 45 4.6 4.6 -- 9.5 9.5 > .935 > .935 Streptococcus pyogenesStreptococcus pyogenes > 10 > 10 -- < 45 < 45 4.8 4.8 -- < 9.2 < 9.2 NR NR

(a)(a) For a genus as large as Salmonella, the aFor a genus as large as Salmonella, the aww lower limit for species growth may lower limit for species growth may vary, e.g., vary, e.g., S. newportS. newport=0.941, =0.941, S. typhimuriumS. typhimurium=0.945. =0.945.

(b)(b) The value, though unreported, is probably close to other species of the genus. The value, though unreported, is probably close to other species of the genus. (c)(c) NR denotes that no reported value could be found, but for most vegetative cells, NR denotes that no reported value could be found, but for most vegetative cells,

an aan aww of >0.95 would be expected. of >0.95 would be expected. (d)(d) Minimum aMinimum aww unknown. unknown.


Makanan berasam tinggiMakanan berasam tinggiph < 4,6ph < 4,6

apelapel tomattomatperper aprikotaprikotplumplum sauerkrautsauerkrautplumplum sauerkrautsauerkrautbuah beribuah beri

Makanan berasam rendahMakanan berasam rendahpH > 4.6pH > 4.6wortelwortel bitbitbuncisbuncis bayambayamasparagusasparagus kacang kaprikacang kapri


aspa agusaspa agus aca g apaca g apjagungjagung jamurjamur........dagingdaging ikanikansusususu telurtelur



KINETIKA KINETIKA

2. Pemusnahan m.o oleh panas 2. Pemusnahan m.o oleh panas ....................> pada T konstan> pada T konstan....................> penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I> penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I

kNkNdtdtdNdN

==−− dtdtdimana,dimana,N= jumlah mikroba hidupN= jumlah mikroba hidupk = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.)k = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.)

kdtkdtNNdNdN

−−==

dtdtkkNNdNdNNN

NN

tt

00−−==∫∫ ∫∫

Ln NLn NKemiringanKemiringan

== -- kk

ktktNNNNlnln

00

−−==⎟⎟⎠⎠

⎞⎞⎜⎜⎝⎝

⎛⎛NNNN 0000

Ln N = ln NLn N = ln Noo -- ktkt

tt

= = -- kk


Microbial death, like microbial growth, is Microbial death, like microbial growth, is described by a logarithmic equation.described by a logarithmic equation.

KINETIKAKINETIKA

kkNN ⎞⎞⎛⎛

Ingat !Ingat !

Ln X = 2.303 log XLn X = 2.303 log X

⎞⎞⎛⎛ tt2.3032.303kk

--NNloglogNNloglog 00==ktktNNNNlnln

00

−−==⎟⎟⎠⎠

⎞⎞⎜⎜⎝⎝

⎛⎛ktktNN

NN2.303 log2.303 log00

−−==⎟⎟⎠⎠

⎞⎞⎜⎜⎝⎝

⎛⎛

Oleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsbOleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsbdinyatakan sebagai :dinyatakan sebagai :

DDtt

--NN00loglogNNloglog == atau atau DD

tt

00NNNN

loglog −−==⎟⎟⎠⎠

⎞⎞⎜⎜⎝⎝⎛⎛


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

00



10,00010,000

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, TKurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T11TT11

KINETIKAKINETIKA

DD--valuevalue

DD--valuevalue

1,0001,000

100100

1010


Comparative Heat Resistance (Comparative Heat Resistance (DD Values) for Different Values) for Different Classifications of Foodborne BacteriaClassifications of Foodborne Bacteria

Bacterial groupsBacterial groups Approximate heat Approximate heat resistanceresistance

LowLow--acid and semi acid foods (pH above 4.5)acid and semi acid foods (pH above 4.5)ThermophilesThermophiles

FlatFlat--sour group (sour group (B. stearothermophilus)B. stearothermophilus)GaseousGaseous--spoilage group (spoilage group (C. C.

thermosaccharolyticumthermosaccharolyticum))Sulfide stinkers (Sulfide stinkers (C. nigrificansC. nigrificans))

MesophilesMesophilesPutrefactive anaerobesPutrefactive anaerobes

DD250250

4.0 4.0 -- 5.05.03.0 3.0 -- 4.04.0

2.0 2.0 -- 3.03.0Putrefactive anaerobesPutrefactive anaerobes

C. botulinum C. botulinum (types A dan B)(types A dan B)C. sporogenes C. sporogenes group (including P.A. 3679)group (including P.A. 3679) 0.10 0.10 -- 0.200.20

0.10 0.10 -- 1.51.5




Bacterial groupsBacterial groups Approximate heat Approximate heat resistanceresistance

Comparative Heat Resistance (Comparative Heat Resistance (DD Values) for Different Values) for Different Classifications of Foodborne BacteriaClassifications of Foodborne Bacteria

Acid foods (pH 4.0Acid foods (pH 4.0--4.5)4.5)ThermophilesThermophiles

B. coagulants B. coagulants (facultative mesophilic)(facultative mesophilic)MesophilesMesophiles

B. polimyxaB. polimyxa and and B. maceransB. maceransButyric anaerobes (Butyric anaerobes (C. pasteurianumC. pasteurianum))

HighHigh acid foodsacid foods

0.01 0.01 -- 0.070.07DD212212

0.10 0.10 -- 0.500.500.10 0.10 -- 0.500.50

DDHighHigh--acid foodsacid foodsMesophilic nonMesophilic non--sporespore--bearing bacteriabearing bacteria

Lactobacillus spp, Leuconostoc spp., and Lactobacillus spp, Leuconostoc spp., and yeast and moldyeast and mold

DD150150

0.50 0.50 -- 1.001.00

Source: Source: Stumbo (1965)Stumbo (1965)


Comparison of Comparison of DD250250 Values for Specific Organisms in Values for Specific Organisms in Selected Food Substrates Selected Food Substrates

TDTTDTOrganism Organism Substrate Substrate ProcedureProcedure DD250250

P.A. 3679P.A. 3679 CreamCream--style cornstyle corn CanCan 2.472.47P.A. 3679P.A. 3679 WholeWhole--kernel corn (1)kernel corn (1) CanCan 1.521.52P.A. 3679P.A. 3679 WholeWhole--kernel corn (2)kernel corn (2) CanCan 1.821.82P.A. 3679P.A. 3679 Phophate bufferPhophate buffer TubeTube 1.311.31F.S. 5010F.S. 5010 CreamCream--style cornstyle corn CanCan 1.141.14F.S. 5010F.S. 5010 WholeWhole--kernel cornkernel corn CanCan 1.351.35F.S. 1518F.S. 1518 Phosphate bufferPhosphate buffer TubeTube 3.013.01F.S. 617F.S. 617 Whole milkWhole milk CanCan 0.840.84F.S. 617F.S. 617 Evaporated milkEvaporated milk TubeTube 1.051.05

Source: Source: Stumbo (1965)Stumbo (1965)




KINETIKA KINETIKA ........................> Contoh 1> Contoh 1Anggap suatu makanan dalam kaleng.Anggap suatu makanan dalam kaleng.Jika jumlah mo awal sebesar 10Jika jumlah mo awal sebesar 1066 mikroba pembusuk A/kaleng. mikroba pembusuk A/kaleng. Nilai D pada suhu 121.1Nilai D pada suhu 121.1ooC = 15 detik. C = 15 detik. Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 1 menit pada 121.1 Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 1 menit pada 121.1 ooCCBerapa jumlah mo setelah pemanasan selama 2 menit pada 121.1 Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 2 menit pada 121.1 ooCC

DDtt

--NN00loglogNNloglog ==Jawab :Jawab :Ingat Ingat ......................>>

1001001010NN 22

224466NNloglog ==−−==ikikdetdet1515

detikdetik6060--1010loglogNNloglog 66==

Untuk t = 1 menit :Untuk t = 1 menit :

1001001010NN ====

0.010.011010NN --22 ====

-- 228866NNloglog ==−−==ikikdetdet1515

detikdetik120120--1010loglogNNloglog 66==

Untuk t = 2 menit :Untuk t = 2 menit :

Peluang kebusukan!!Peluang kebusukan!!PurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi/ITP//ITP/FatetaFateta/IPB/IPB

Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan B. Spora A sebanyak 3 x 10B. Spora A sebanyak 3 x 105 5 dan spora B sebanyak 8 x 10dan spora B sebanyak 8 x 1066. Pada suhu . Pada suhu 121.1121.1ooC, nilai D untuk spora A dan spora B adalah 1.5 dan 0.8 menit. Jika C, nilai D untuk spora A dan spora B adalah 1.5 dan 0.8 menit. Jika suspensi tsb dipanaskan pada suhu konstan 121.1suspensi tsb dipanaskan pada suhu konstan 121.1ooC, berapa lama untuk C, berapa lama untuk memperoleh peluang kebusukan sebesar 10memperoleh peluang kebusukan sebesar 10--33..

KINETIKA KINETIKA ........................> Contoh 2> Contoh 2

Jawab :Jawab :

Peluang kebusukan 10Peluang kebusukan 10--33; artinye N = 10; artinye N = 10--33..Untuk spora A :Untuk spora A :

DDtt

--NN00loglogNNloglog == ⎟⎟⎠⎠

⎞⎞⎜⎜⎝⎝

⎛⎛==

00NNNN

loglogDD--t t

10101010xx33

loglog1.51.5t t 33--

55

⎟⎟⎠⎠⎞⎞⎜⎜

⎝⎝⎛⎛

==Jadi, untuk mendapatkan Jadi, untuk mendapatkan

menitmenit12.7212.72(8.477)(8.477)1.51.5tt ====

Untuk spora B :Untuk spora B :

menitmenit7.927.92(9.903)(9.903)0.80.8tt ====

10101010xx88

loglog0.80.8t t 33--

66

⎟⎟⎠⎠⎞⎞⎜⎜

⎝⎝⎛⎛

==

peluang kebusukan peluang kebusukan sebesar 10sebesar 10--33, maka , maka pemanasan 121.1pemanasan 121.1ooC harus C harus dilakukan selama 12.72 dilakukan selama 12.72 menit.menit.




T1

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1

KINETIKA

T >T

D1

D1

Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2 >T1???

T2>T1


Semakin tinggi T .......> semakin kecil nilai DD=f(T)

KINETIKA ............>D = f(T)

Secara empiris:

ZT-1.121

DDlog

0

=

Nilai Z adalah perubahan suhu (ΔT) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus logNilai Z = 18oF = ? oC

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

= ZT-121.1

0 10DD




•• Reactions that have small Z values are highly Reactions that have small Z values are highly temperature dependent, whereas those with large Z temperature dependent, whereas those with large Z values require larger changes in temperature to reduce values require larger changes in temperature to reduce the time. the time.

KINETIKA ............>D = f(T)

•• A Z value of 10A Z value of 10°°C is typical for a spore forming C is typical for a spore forming bacteriumbacterium

•• Heat induced chemical changes have much larger Z Heat induced chemical changes have much larger Z values than that microorganisms :values than that microorganisms :

Z (Z (°°C) C) D121 (min)D121 (min)

bacteria bacteria 55--10 10 11--55enzymes enzymes 3030--40 40 11--55vitamins vitamins 2020--25 25 150150--200200pigments pigments 4040--70 70 1515--5050


KINETIKA ............> 2 parameter kinetika

D dan Z .................> perlu selalu diketahui dua-duanya!

Misal Mikroba A mempunyai DA,250F = 0.5 menitMikroba A mempunyai DB 250F = 1 menit DA=DB DA<DBDA>DB

0 1

1

10

100

1000

10000

Nila

i Dm

enit)

B A

oba e pu ya B,250F e tApa artinya?

ZA = 10oC; ZB = 20oCSuhu (C) DA (menit) DB (Menit)

80.1 5000 10090.1 500

101.1 50 10

A B A BA B

Suhu (oC)

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

0 50 100 150 200

N (m

121.1 0.5 1131.1 0.05141.1 0.005 0.1151.1 0.0005161.1 0.00005 0.01

111.1 5




Perhitungan kecukupan proses sterilisasiPerhitungan kecukupan proses sterilisasi

NNDD303303..22

dtdtdNdN −−== ........................................................ Pers. 1........................................................ Pers. 1

KECUKUPAN PROSES STERILISASIKECUKUPAN PROSES STERILISASI

dtdtDD303303..22

NNdNdN −−==

Persamaan ini dapat dipecahkan sebagai berikut:Persamaan ini dapat dipecahkan sebagai berikut:

Integrasi persamaan tersebut dari t = 0 (N = NIntegrasi persamaan tersebut dari t = 0 (N = N00) sampai t = t (N = N) ) sampai t = t (N = N) adalah sbb:adalah sbb:adalah sbb:adalah sbb:

∫∫∫∫∫∫ −−==−−==tt

00

tt

00

NN

NN DDdtdt303303..22dtdt

DD303303..22

NNdNdN

00

........................................ Pers. 2........................................ Pers. 2


Sisi kiri dari persamaan 2 dapat dipecahkan sebagai berikut:Sisi kiri dari persamaan 2 dapat dipecahkan sebagai berikut:

∫∫==tt

00 DDdtdt2.3032.303--lnln

NNNN


atauatau

.................................................................. Pers. 3.................................................................. Pers. 3

00 DD00NN

−−==tt

0000 DD

dtdtNNNNloglog ∫∫

Ingat kembaliIngat kembali D = f ( T )D = f ( T )⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡

== ZZTT--121.1121.1

00 1010DDDDIngat kembaliIngat kembali D = f ( T )D = f ( T ) 00 1010DDDD

Jadi Jadi

∫∫⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡ −−

−−==tt

00zz

TT11..121121

0000 1010..DD

dtdtNNNNloglog




NILAI STERILITAS/LETALITAS PROSESNILAI STERILITAS/LETALITAS PROSES


S = Jml penurunan desimal = S = Jml penurunan desimal = ∫∫⎤⎤⎡⎡ −−

==tt

00 TT11..121121dtdt

NNNN00loglog

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

⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡00

zzTT11..121121

00 1010..DDNN

∫∫⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡ −−

==tt

00zz121.1121.111..121121

0000 1010..DD

dtdtNNNNS = logS = log

00DDSS == tt


00

Waktu proses padaWaktu proses padasuhu konstan 121.1suhu konstan 121.1ooCCFF121.1C121.1C = F= FooDD121.1 C121.1 C = D= D00TT

TT

DDFFAnalog : SAnalog : S ==

NILAI STERILITAS YANG UMUM DIGUNAKAN ~ Sterilitas KomersialNILAI STERILITAS YANG UMUM DIGUNAKAN ~ Sterilitas Komersial

•• Mikroorganisme kritis = Mikroorganisme kritis = Clostridium botulinumClostridium botulinum•• Konsep 12 desimal (12 D) untukKonsep 12 desimal (12 D) untuk C botulinumC botulinum


Konsep 12 desimal (12 D) untuk Konsep 12 desimal (12 D) untuk C. botulinumC. botulinum(Interpretasi (Interpretasi Regulatory AgencyRegulatory Agency sekarang: sekarang: 12 D 12 D ⇒⇒ peluang kebusukan 10peluang kebusukan 10--1212))

Contoh:Contoh:Nilai F pada 121.1Nilai F pada 121.1ooC untuk memusnahkan 99.999% C untuk memusnahkan 99.999% C. botulinumC. botulinumadalah 1.2 menit. Hitung Dadalah 1.2 menit. Hitung D00..

J b P h 99 999%J b P h 99 999%Jawab: Pemusnahan 99.999%Jawab: Pemusnahan 99.999%

550000100001..00

11NNNNSS 00 ======

menit.menit.2424..005522..11

SSFFDD 00

00 ======




Process Sterilizing Values (FProcess Sterilizing Values (F00) for Commercial Sterilization of ) for Commercial Sterilization of Selected Canned FoodsSelected Canned Foods

ApproximateApproximatecalculatedcalculated

Product Product Can sizes Can sizes sterilizing value, Fsterilizing value, F00


AsparagusAsparagus AllAll 22--44Green beans, brine packedGreen beans, brine packed No. 2No. 2 3.53.5

No. 10No. 10 3.53.5Chicken, bonedChicken, boned AllAll 66--88Corn, whole kernel, brine packedCorn, whole kernel, brine packed No. 2No. 2 99

No. 10No. 10 1515Cream style cornCream style corn No. 2No. 2 55--66

No. 10No. 10 2.32.3Dog FoodDog Food No 2No 2 1212Dog FoodDog Food No. 2No. 2 1212

No. 10No. 10 66Mackerel in brineMackerel in brine 301x411301x411 2.92.9--3.63.6Meat loafMeat loaf No. 2No. 2 66Peas, brine packedPeas, brine packed No. 2No. 2 77

No. 10No. 10 1111Sausage, Vienna, in brineSausage, Vienna, in brine VariousVarious 55Chili con carneChili con carne VariousVarious 66


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




RETORT

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat TransferUap panasTR=120oC

MakanandlmkalengTSHP,initial=35oC


Bagaimana perubahan suhu pada SHP?T = f(t,r),r=0……> TSHP=f(t)

Pentingnya tahanan pindah panas internal dan eksternal

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat TransferUap panasTR=120oC

= dominasi pindah panas konduksi atau konduksi?= Bilangan Biot,

NBi = hD/k

k/D


k/ DNBi =

h/ 1

ferheat transtoresistant Externalferheat transtoresistanceInternal

NBi =



Tahanan internal dpt diabaikan ………….>NBi < 0.1

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer

q = ρ V Cp dT/dt = h A (TR - T)

∫∫hAdt =

TR-TdT

ρCpV

t

0

ln(TR-T) =T

Ti

hAdt ρCpV


TR - TTR - Ti

= ehA ρCpV

- t

Tahanan ekstrenal (permukaan) dan tahana internal tdk dpt diabaikan ………….> 0.1<NBi < 40 ………..> m=1/NBi

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)Bilangan tak berdimensi : Bil Fourier (N )


Bilangan tak berdimensi : Bil Fourier (NFo)

==D

tDC

ktN 22

pFo

α

ρ

D = characteristic dimensionDsphere = radiusDinf cylinder = radiusDinf slab = half thickness



Prosedur pengunaan diagram T-t

1. Untuk silinder tak berbatas


∞-

R

Jika ingin mengetahui suhu pusat (sumbu) silinder setelah pemanasanJika ingin mengetahui suhu pusat (sumbu) silinder setelah pemanasan selama ta. hitung NFo, gunakan R sebagai Db. hitung NBi, gunakan R sebagai D ………> hitung 1/NBi=m=k/hDc. gunakan diagran untuk silinder tak berbatas,

dari NFo dan NBi cari ratio T


1/Nbi = m

NFo

Diagram T-t yang menunjukkan hubungan antara suhu di sumbu silinder dan NFo




1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan

• cari nilai NFo=αt/δ2

• cari nilai Nbi dan m=1/Nbi

Diagram Gurnie-Lurie:

• tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n = x/δ

• cari ratio suhu

Persamaan penetrasi panas :

T-Tm TP-TR=

T T T T= exp -(αt/L2)


Ti-Tm Ti-TRp ( )

TR-TP

TR-Ti= exp -(α/L2)t

Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- tL2(2,303)

α

PENETRASI PANAS

•Prosedur venting• Come up time

Pemanasan kaleng dalam retort

Come up time

TR = f(t)



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

PENETRASI PANAS


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

PENETRASI PANAS

“nesting”

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

• Untuk mencapai TR : CUT

vent

ing

CUT

Waktu Proses (Pt)Pendi-nginan

1992Thermal Process Calculation. Handbook of Food Eng.

Tipikal data penetrasi


p ppanas : hubungan antara suhu produk (SHP) dan waktu pemanasan



∫∫⎤⎤⎡⎡

−−==tt

TT11121121dtdt

NNNNloglog

PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASIPERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI

1. Metoda Umum (grafik)

∫∫⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡ −−00

zzTT11..121121

0000 1010..DD

NNgg

∫∫⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡ −−

==tt

00zz

TT11..121121

1010

dtdtNNNN00DDoologlog

• Waktu proses yang harus • Perlakuan pemanasan harus dicapai untuk memperoleh tingkat sterilitas S

• Nilai F0• Ditentukan sebelum proses

(by design)

cukup• integrasi dari awal pemanasan

sampai pendinginan harus memberikan nilai F yang dikehendaki

• T=f(t)



1. 1. Metoda UmumMetoda Umum

∫∫⎤⎤⎡⎡ −−

==tt

00 TT11..121121dtdt

NNNNooFF00 = D= Do o loglog

⎥⎥⎦⎦⎤⎤

⎢⎢⎣⎣⎡⎡00

zzTT11..121121

1010NN

FF00 = D= Do o loglog ∫∫==tt

00(LR)dt(LR)dt

NNNN00

zz121.1121.1--T(t)T(t)

T(t)T(t)--121.1121.1 10101010

11LVLVLRLR ======zz1010

Apa itu LR??Apa itu LR??Pada T=121.1Pada T=121.1ooCC ……………….……………….> LR=1> LR=1Pada T>121.1Pada T>121.1ooCC ……………….……………….> LR>1> LR>1Pada T<121.1Pada T<121.1ooCC ……………….……………….> LR<1> LR<1





zz121.1121.1--T(t)T(t)

zzT(t)T(t)--121.1121.1 1010

1010

11LVLVLRLR ======

T(T(ooC)C) T(T(ooF)F) LR( 10LR( 10ooC)C)T(T(ooC)C) T(T(ooF)F) LR(z=10LR(z=10ooC)C)

9090 194194 0,0007762470,0007762479595 203203 0,0024547090,002454709100100 212212 0,0077624710,007762471105105 221221 0,0245470890,024547089110110 230230 0,0776247120,077624712115115 239239 0 2454708920 245470892


115115 239239 0,2454708920,245470892120120 248248 0,7762471170,776247117121,1121,1 250250 1,0000000001,000000000125125 257257 2,4547089162,454708916129129 264264 6,1659500196,165950019

60

80

100

120

140

Suhu

t, mint, min T(T(ooC)C) LR(z=10LR(z=10ooC)C)

PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASIPERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASIPemanasan pada suhu konstant,Pemanasan pada suhu konstant,121,1121,1ooCC

0 8

1,0

1,2

0

20

40

60

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

Waktu

S

00 121,1121,111 121,1121,122 121,1121,133 121,1121,144 121,1121,155 121,1121,166 121,1121,177 121 1121 1

1,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

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

Waktu

LR

77 121,1121,188 121,1121,199 121,1121,11010 121,1121,11111 121,1121,11212 121,1121,1

1,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,0

1 unit sterilisasi1 unit sterilisasi12 unit sterilisasi12 unit sterilisasi

FF00=12=12




PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI

t, min T(oC) LR(z=10oC)0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

LR

Pemanasan pada suhu konstant,100oC

0 100 0,0077624711 100 0,0077624712 100 0,0077624713 100 0,0077624714 100 0,0077624715 100 0,0077624716 100 0,0077624717 100 0 007762471

0,0000

0,0020

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

7 100 0,0077624718 100 0,0077624719 100 0,00776247110 100 0,00776247111 100 0,00776247112 100 0,007762471

Total letalitas = F0 =??

F0 = Do log ∫=t

0(LR)dt

NN0

F0 = LR.tPurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi/ITP//ITP/FatetaFateta/IPB/IPB


Diketahui :Diketahui : Mikroba A; DMikroba A; D00 = 0,21 menit= 0,21 menitdikehendaki proses 1 Ddikehendaki proses 1 D

Pemanasan pada suhu 121.1Pemanasan pada suhu 121.1ooC C ………………> 12(0,21)=2.52 menit > 12(0,21)=2.52 menit Pemanasan pada suhu 100Pemanasan pada suhu 100ooCC

………………> 1/LR> 1/LR100C100C x 2.52 min = 1/0.00776 x 2.52=324.7 min (5.4 jam)x 2.52 min = 1/0.00776 x 2.52=324.7 min (5.4 jam)Pemanasan pada suhu 129Pemanasan pada suhu 129ooCC

………………> 1/LR> 1/LR129C129C x 2.52 min = 1/6,166 x 2.52=0.408 min (24.5 detik)x 2.52 min = 1/6,166 x 2.52=0.408 min (24.5 detik)Pemanasan pada suhu 50Pemanasan pada suhu 50ooCC

………………> 1/LR> 1/LR50C50C x 2.52 min x 2.52 min = 1/0. = 1/0. 000000078000000078 x 2.52x 2.52= 32307692.31 menit= 32307692.31 menit= 747.8 bulan????!!!!= 747.8 bulan????!!!!

Pada prakteknya :Pada prakteknya :Pada prakteknya :Pada prakteknya :-- efek letal panas, umumnya mulai dianggap nyata setelah T>90efek letal panas, umumnya mulai dianggap nyata setelah T>90ooC C

Teixeira (1992) : no appreciable lethality at T < 210Teixeira (1992) : no appreciable lethality at T < 210ooF(99F(99ooC)C)-- suhu produk selama pemanasan tidak konstant suhu produk selama pemanasan tidak konstant …….…….> T=f(t)> T=f(t)-- Pemanasan produk dilakukan dalam retort Pemanasan produk dilakukan dalam retort …….…….> umum!> umum!-- suhu produk diukur pada SHP/CPsuhu produk diukur pada SHP/CP




0

2040

6080

100120

140

Suhu

(C)

t, min T(oC) LR(z=10oC)

0 90 0,0007762474 105 0,0245470898 120 0,776247117

Misal :

0 4 8 12 16 20 24

waktu

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

LR

,12 121 0,97723722116 100 0,00776247120 70 0,00000776224 60 0,000000776

F0 = Do log ∫=t

0(LR)dt

NN0

0,0

0,2

0 4 8 12 16 20 24

Waktu

Fo = luas area dibawah kurva hubungan antara LR dan t

Fo = jumlah area trapesium

Luas trapesium Δt2

LR2LR1 ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +=

3.5068)(122

0.9770.776A =−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=


Contoh

Waktu (min) Suhu (SHP)0 505 60

10 7012 8014 90

Lihat excel14 9016 10018 10320 10722 11224 11626 12028 12130 12132 12134 10536 9038 7540 65






TR-Tp

10002. Metoda FormulaPersamaan perubahan suhu selama proses pemanasan :

T-Tm TP-TR=

Ti-Tm Ti-TR= exp -(αt/L2) 10

100T - TR

Ti - TR= e

hA ρCpV

- t= e-kt


i m i R

TR-TP

TR-Ti= exp -(k)t

Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- t(2,303)

kt

1

1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan

• cari nilai NFo=αt/δ2

Diagram Gurnie-Lurie:

Fo• cari nilai Nbi dan m=1/Nbi• tentukan posisi dimana suhu

ingin diketahui, n = x/δ• cari ratio suhu

Persamaan penetrasi panas :

T-T T -TT-Tm TP-TR=

Ti-Tm Ti-TR= exp -(αt/L2)

TR-TP

TR-Ti= exp -(α/L2)t

Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- tL2(2,303)

α



Contoh :waktu suhu TR-T

0 25 905 25,6 89,4

10 28,1 86,915 32,8 82,220 39,6 75,425 48,7 66,330 58 1 56 9 100

1000

30 58,1 56,935 67,7 47,340 75,9 39,145 82,9 32,150 88,8 26,255 93,8 21,260 97,8 17,265 101,2 13,870 103,6 11,475 105,4 9,680 107,1 7,985 108 2 6 8 1

10

100

TR-T

(TR

=115

C)85 108,2 6,890 109,2 5,895 109,9 5,1

100 110,6 4,4105 111,1 3,9110 111,4 3,6115 111,7 3,3120 112 3125 112,2 2,8

10 50 100 150

waktu


1050100150

waktu

100

1000

C)

Putar 180o

10

1

TR-T

(TR=115C

)

1

10

TR-T

(TR

=115

C

100

1000


0 50 100 150

waktu



METODE FORMULA : Plot Data Penetrasi panasuntuk suhu retort (Tr)= 250oF

JikaTr-T = 1 ……> maka T = 249Tr-T = 5 ……> maka T = 245dst


fh= waktu dalam menit yang dibutuhkan oleh

Tipikal plot data penetrasi panas : pemanasan

yang dibutuhkan oleh kurva pemanasan untuk melewati 1 siklus log

j




CUTCUT :: come up timecome up timeyaitu waktu dari mulai uap dinyalakan sampai retort yaitu waktu dari mulai uap dinyalakan sampai retort mencapai suhu proses.mencapai suhu proses.

BB : : waktu proses dalam menit jika suhu retort langsung waktu proses dalam menit jika suhu retort langsung mencapai Tmencapai T > CUT = 0> CUT = 0

Istilah/notasi pada proses termal :Istilah/notasi pada proses termal :

mencapai Tmencapai TRR…………………………> CUT = 0> CUT = 0

PtPt :: waktu proses yang dihitung oleh operator retort waktu proses yang dihitung oleh operator retort ((operator processing timeoperator processing time), ), yaitu sama dengan B dikurangi 0.42 CUT (waktu yaitu sama dengan B dikurangi 0.42 CUT (waktu proses dihitung sejak termometer menunjukkan suhu proses dihitung sejak termometer menunjukkan suhu retort yang dikehendaki sampai mulai proses retort yang dikehendaki sampai mulai proses pendinginan)pendinginan)

ffhh :: waktu dalam menit yang dibutuhkan kurva pemanasan waktu dalam menit yang dibutuhkan kurva pemanasan hh y g py g puntuk melewati satu siklusuntuk melewati satu siklus

jj :: faktor lag waktu sebelum kurva pemanasan menjadi faktor lag waktu sebelum kurva pemanasan menjadi lurus, atau j = jI/Ilurus, atau j = jI/I

jIjI :: suhu awal semu diambil pada titik potong kurva suhu awal semu diambil pada titik potong kurva pemanasan dengan waktu 0 menit yang sebenarnya pemanasan dengan waktu 0 menit yang sebenarnya (waktu 0 menit ini besarnya sama dengan 0.58 x CUT)(waktu 0 menit ini besarnya sama dengan 0.58 x CUT)


gg :: perbedaan suhu retort dengan produk di dalam kaleng perbedaan suhu retort dengan produk di dalam kaleng pada akhir proses termalpada akhir proses termal

TTRR suhu retort yang di “set” dan dipertahankan pada saat suhu retort yang di “set” dan dipertahankan pada saat

Istilah/notasi pada proses termal :Istilah/notasi pada proses termal :

RR y g p py g p pproses termalproses termal

TTii :: suhu awal produksuhu awal produkII :: perbedaan suhu retort dengan suhu awal produk (Tperbedaan suhu retort dengan suhu awal produk (TRR--TTii))FF00 :: jumlah menit yang dibutuhkan untuk memusnahkan jumlah menit yang dibutuhkan untuk memusnahkan

sejumlah bakteri pada suhu 250sejumlah bakteri pada suhu 250ooFFFFii :: jumlah menit pada suhu Tjumlah menit pada suhu TRR yang ekivaleng dengan 1 menit pada yang ekivaleng dengan 1 menit pada ii j pj p RR y g g g py g g g p

suhu 250suhu 250ooFF………………> F> Fii = 10= 10(250(250--TTRR)/z)/z

UU :: Waktu pada TWaktu pada TRR ekivalen dengan Fekivalen dengan F00U = FU = FiiFF00




Formula Ball :

B = fh (log jI - log g)

B = waktu proses (menit)

CONTOH

jika suhu retort langsung mencapai TR (waktu proses jika CUT = 0)

I = ?= TR-Ti= 250-150=100oF

jI = ?= 135oF= 135oF

fh = ?= 51 menit

g = ?= lihat kurva!!!


Penentuan nilai g???Penentuan nilai g???

g : g : unaccomplished temperature difference at the unaccomplished temperature difference at the end of a specified heating timeend of a specified heating time(T(T --TT ) dimana T) dimana T = suhu di akhir proses= suhu di akhir proses(T(TRR--TTPePe), dimana T), dimana Tpepe = suhu di akhir proses= suhu di akhir proses

Kita ingin menentukan waktu prosesKita ingin menentukan waktu proses……….……….> tidak diketahui T> tidak diketahui Tpepe

g = f(D, Z, Fg = f(D, Z, F00, f, fhh dan Tdan TRR))

Secara perhitungan + empiris Secara perhitungan + empiris ………..………..> nilai g telah ditabulasikan > nilai g telah ditabulasikan (Tabel + Diagram :(Tabel + Diagram :hubungan fh/U dan log g, pada berbagai nilai z, jc)hubungan fh/U dan log g, pada berbagai nilai z, jc)




Penentuan nilai g?Penentuan nilai g?







jc


Penentuan jPenentuan jcc

•• Lakukan plot penetrasi panas Lakukan plot penetrasi panas selama pendinginanselama pendinginan

•• kertas grafik tetap normal kertas grafik tetap normal (tidak dibalik)(tidak dibalik)

•• nilai di paling bawah = 1nilai di paling bawah = 1oo

diatas suhu air pendingindiatas suhu air pendingin

•• jjcc = (T= (Tpicpic--TTww)/(T)/(Ticic--TTww))

•• nilai jc > j = jhnilai jc > j = jh

•• jika kurva pendinginan tidak jika kurva pendinginan tidak dipunyai :dipunyai :

dapat digunakan jdapat digunakan j((safety approachsafety approach))




Suppose that for processing a particular product, the Suppose that for processing a particular product, the following heat penetration data are given:following heat penetration data are given:

EXAMPLEEXAMPLE

TTRR = 250= 250ooFFTTII = 170= 170ooFFjj = j= jhh = 2= 2jjcc = 1.4= 1.4ffhh = 25 min= 25 min

What process time (B) will be required to achieve a What process time (B) will be required to achieve a specified sterilizing value Fspecified sterilizing value F00 = 5.6 assuming that Z = = 5.6 assuming that Z = 1414ooF?F?


SOLUTION:SOLUTION:

TR = 250TR = 250ooF = reference temperature F = reference temperature ………….………….> F> Fii = 1= 1U = FU = Foo = 5.6= 5.6o o

Referring to the Ball formula, we haveReferring to the Ball formula, we haveB = fB = fhh (log j(log jhhI I -- log g)log g)I = (TI = (TRR -- TTII) = (250 ) = (250 -- 170) = 80170) = 80jjhhI = 2.00 x 80 = 160I = 2.00 x 80 = 160log jlog jhhI = 2.778I = 2.778

Fi d l f th fFi d l f th f /U l h f Z 14/U l h f Z 14Find log g from the fFind log g from the fhh/U versus log g graph for Z = 14./U versus log g graph for Z = 14.

4.464.465.65.62525

UUffhh ====




jjcc =1.4?=1.4?Lihat antaraLihat antarajjcc= 1.2 dan j= 1.2 dan jcc=1.6, =1.6,


untuk fh/U =4.46untuk fh/U =4.46….….> log g = 0.625; > log g = 0.625; 4.46

0.625

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


Selesai ….……….Selesai ….……….Sekarang ke…….Sekarang ke…….refrigerasirefrigerasi

8/24/2011

Documents

PROSES TERMAL - mencari dan memberi yang terbaikphariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2016/12/Bab-08-ProsesTermal.pdf · • HarusHarus tahu tahu kombinasikombinasi suhusuhu--waktu yang