PROSES TERMAL
PENGOLAHAN PANGAN
Dr. Ir. Iwan Taruna, M.Eng
taruna©2015
TEKNIK PENGOLAHAN & RANCANGAN PROSES
Initial Discussion
1. Apa yang anda ketahui tentang proses termal?
2. Sebutkan jenis-jenis proses termal yang anda ketahui!
3. Apa tujuan utama proses termal tersebut?
4. Apa dampak negatif utama proses termal terhadap bahan pangan?
Proses Termal pemanasan, pendinginan Proses Termal Blansing? Pasteurisasi?
Sterilisasi? Basis Operasi Pengawetan Pangan
Inaktivasi Mikroorganisme (Pembusuk or Penyebab Penyakit)
Penurunan jumlah mikroorganisme karena proses termal (sterilsasi) mengikuti tren logaritma
Popula
sim
ikro
org
anis
me
waktu
Perlakuan termal versus mikroorganisme
Waktu
Suhu
Pemanasan
Mendingin
Menyimpan
Bil. Log
7º
70º
1 2 3 5
4
6 7
Menyiapkan
Menyimpan
Tujuan Proses Termal
BLANSING, PASTEURISASI & STERILISASI
PROSES TERMAL MENGGUNAKAN AIR DAN UAP
Blansing Proses inaktivasi (penghentian) proses
enzimatis pada beragam buah dan sayuran sebelum diproses lebih lanjut (i.e. pembekuan, pengeringan)
Berfungsi sebagai pra perlakuan bukan metode pengawetan tunggal
Ketika dikombinasikan dengan proses pengupasan/pembersihan menghemat biaya konsumsi energi, ruang & peralatan
Blanching Time(Waktu blansing)
Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu blansing:i. Jenis sayuran dan buahii. Ukuran dari makanan yang diblansingiii. Suhu blansingiv. Metode pemanasan
Prinsip Blansing -1 Konsep pindah panas unsteady state secara
konveksi dan konduksi basis perhitungan waktu blansing
Pentingnya blansing:• Suhu proses maksimum pada pembekuan dan
pengeringan tidak memadai untuk inaktivasi proses enzimatis
• Pada pengalengan, waktu yg dibutuhkan untuk mencapai suhu sterilisasi dapat memfasilitasi terjadinya proses enzimatis
Prinsip Blansing -2 Blansing mengurangi jumlah mikroorganisme
yang berkontamimasi dengan permukaan pangan membantu sebagian proses pengawetan
Blansing melunakkan jaringan sayuran dapat membantu proses pengisian pada kaleng & menghilangkan udara dari ruang intraseluler meningkatkan densitas bahan membantu pembentukan head-space vacuum pada kaleng
Peralatan Blansing (Blancher)
Dua jenis alat yang sangat populer:• atmosphere of saturated steam (uap panas)• a bath of hot water (air panas)
head-space vacuum pada kaleng
Perbedaan proses pasteurisasi dan sterilisasi?
Keduanya dapat dibedakan berdasarkan perlakuan proses termalnya.
Pasteurisasi inaktivasi mikroorganisme pathogen dengan proses termal produk pasteurisasi tidak stabil bila tidak disimpan dalam refrigerator (± 4-6C).
Sterilization proses termal dimana produk stabil tanpa disimpan dalam refrigerator.
Proses pasteurisasi? Perlakuan panas relatif ringan suhu biasanya
kurang dari 100C. Pasteurisasi dapat mengawetkan pangan
untuk beberapa hari (milk) atau beberapa bulan (jus buah).
Keuntungan mengakibatkan perubahan minimal terhadap sifat sensori dan nilai gizi bahan pangan.
Tujuan proses pasteurisasi1. Untuk membunuh bakteri patogen (bakteri yang
berbahaya karena dapat menimbulkan penyakit) dan mengurangi populasi bakteri.
2. Untuk memperpanjang daya simpan bahan atau produk
3. Dapat menimbulkan citarasa yang lebih baik pada produk
4. Pada susu proses ini dapat menginaktifkan enzim fosfatase dan katalase yaitu enzim yang membuat susu cepat rusak.
Metode pasteurisasi
1. Pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/HTST), yaitu proses pemanasan susu selama 15 – 16 detik pada suhu 71,7 – 75 C dengan alat Plate Heat Exchanger.
2. Pasteurisasi dengan suhu rendah dan waktu lama (Low Temperature Long Time/LTLT) yakni proses pemanasan susu pada suhu 61C selama 30 menit.
3. Pasteurisasi dengan suhu sangat tinggi (Ultra High Temperature) yaitu memanaskan susu pada suhu 131C selama 0,5 detik. Pemanasan dilakukan dengan tekanan tinggi untuk menghasilkan perputaran dan mencegah terjadinya pembakaran susu pada alat pemanas.
Bahan pangan Tujuan utama Tujuan lainnya Kondisi proses minimal1
pH < 4,5Jus buah Inaktivasi enzim
(pecyinesterase & polygalacturonase)
Membunuh mikroorganisme pembusuk (yeast, fungi)
65C selama 30 menit;77C selama 1 menit;88C selama 15 det
Bir Perusakan mikroorganisme pembusuk & residu yeast
65-68C , 20 men (di botol); 72-75C, 1-4 men, 900-1000 kPa
pH > 4,5Milk Membunuh bakteri
pathogenMembunuh mikroorganisme pembusuk
63C selama 30 menit; 71,5C selama 15 det
Liquid egg Membunuh bakteri pathogen
Membunuh mikro-organisme pembusuk
64,4C, 2,5 menit; 60C, 3,5 menit
Ice cream Membunuh bakteri pathogen
Membunuh mikro-organisme pembusuk
65C, 30 men; 71C. 10 men; 80C,15 det
1 diikuti dengan pendinginan cepat 3-7C Sumber: Fellow (1988)
PROSES PASTEURISASI BERAGAM BAHAN PANGAN
Produk & peralatan pasteurisasi
Produk & peralatan proses sterilisasi
LAJU INAKTIVASI MIKROBIOLOGI PADA SUHU KONSTAN
Jumlah mikroorganisme pada pangan akan menurun jika dipanaskan sesuai dengan reaksi orde 1 sehingga m = 1
Rumus Umum Laju Inaktivasi Mikroorganisme:
mNkdt
dN.
Nkdt
dN.
k = koefisien laju inaktivasim = orde reaksi
tN
N
tN
N
tkNdtkN
dN0
000
ln.
tkN
Ntk
N
N.exp.ln
00
Nkdt
dN. Integrasi persamaan diatas dengan
kondisi awal (N = N0) pada saat t =
0
tkNN .exp0
k = death rate constant
Nilai k sangat tergantung pada jenis mikroorganisme, media dan suhu. Untuk mikroorganisme tertentu , nilai k tergantung pada kondisi mikroorganisme, vegetatif or spora. Nilai konstanta k ini akan lebih besar untuk yang berbentuk vegetatif daripada bentuk spora, sehingga mengindikasikan bahwa bentuk spora lebih sulit untuk dirusak. Nilai k untuk bentuk vegetatif adalah sekitar 1010 min-
1, sedangkan spora 1 min-1
tN
N
tN
N
tkNdtkN
dN0
000
ln.
tkN
Ntk
N
N.log303,2.ln
00
D
t
N
Ntk
N
N
00log
303,2
.log
D = Waktu reduksi desimal
= Waktu yg dibutuhkan mereduksi populasi mikroorganisme dengan faktor 10
Nkdt
dN. Integrasi persamaan diatas dengan
kondisi awal (N = N0) pada saat t =
0
Dk
D
ttk 303,2
303,2
.
Merupakan fungsi linear pada grafik semilogaritma
Nilai D khas untuk setiap jenis mikroorganisme
Nilai D makin tinggi makin resisten terhadap panas
Makin banyak jumlah mikroorganisme makin lama waktu untuk mereduksinya pada level tertentu
Colony counter
T = 110Ct
(menit) N
0 106
4 1,1 x105
8 1,2 x104
12 1,2 x103
Data percobaan tentang karakteristik resistansi panas sebuah mikroorganisme dalam bahan pangan
diperoleh pada suhu proses 110C seperti ditunjukkan tabel berikut: Tentukan:
1. Nilai waktu reduksi (D) untuk masing-masing suhu
2. Waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi jumlah mirkoorganisme dari kondisi awal (No) hingga menjadi 2 x 103.
CONTOH – 1 (let’s try to calculate it)
EFEK SUHU TERHADAP LAJU INAKTIVASI MIKROORGANISME
Sel mati lebih cepat pada suhu tinggi
Ploting D X T (suhu) kurva ThermaL Death Time
Gradien kurva nilai Z
Nilai Z Besarnya C yg dibutuhkan untuk mereduksi jumlah mikroorganisme dalam kelipatan 10.
WAKTU
Popula
si
mik
roorg
anis
me
120C
122C
125C130C
Nilai-nilai D dan Z Menunjukkan Sifat Resistansi Panas Mikroorganisme, Enzim Dan Komponen Kimia Pangan
Data percobaan karakteristik resistansi panas sebuah mikroorganisme bahan pangan diperoleh pada suhu proses 104, 110 dan 116C seperti ditunjukkan tabel berikut:
T = 104C T = 110C T = 116C
t(menit) N
t(menit) N
t(menit) N
0 1,5 x106 0 1,5 x106 0 1,5 x106
8 1,3 x105 6 1,1 x105 4 1,0 x105
16 1,3 x104 12 1,2 x104 8 1,0 x104
25 1,4 x103 18 1,2 x103 12 1,0 x103
Berdasarkan data percobaan tersebut, tentukan nilai Z untuk mikroorganisme dari hasil percobaan tersebut
PENENTUAN WAKTU PROSES TERMAL
Sumber: Food Processing Technology: Principles and Practice
(Petter Fellows, 2000)
Faktor-faktor yang menentukan resistansi panas mikoorganisme
Tipe mikroorganisme Kondisi inkubasi
• Temperatur• Usia dari culture• Media hidup culture
Kondisi-kondisi selama pemanasan• pH bahan• Aktivitas air• Komposisi bahan pangan• Kondisi pertumbuhan media dan inkubasi
Thermal Death Time (F) Waktu yang dibutuhkan u/ mereduksi mikro-organisme sejumlah kelipatan nilai D
Nilai F Digunakan untuk membandingkan prosedur sterilisasi
10
115F Proses berlangsung pada suhu 115C
Mikroorganisme dengan nilai Z = 10C
21 loglog nnDF n1 = Jumlah mikroorganisme di awal proses
n2 = Jumlah mikroorganisme akhir proses
F Referensi (Fo)• dinyatakan dengan Fo = proses
yg beroperasi pada 121C dg berdasar pd mikroorganisme dg nilai Z=10C
Metode Formula Cara perhitungan cepat waktu proses
untuk suhu retort dan ukuran wadah (kemasan) yg bervariasi
B =
waktu pemanasan (menit)
fh
=Waktu (menit) u/penetrasi
panas yg menghasilkan 1 siklus logaritma ( ex.: 1 ke 10, 10 ke 100, dst.)
gIj
fB hhh
.log
jh = Thermal lag factor (diperoleh dg cara ekstrapolasi grafik penetrasi panas)
g = perbedaan antara suhu retort & suhu produk akhir (C)
dimana,ihr
pihr
hj
ihrhI
pih = Pseudo-initial product temperature (C)
Ih = Perbedaan suhu retort dengan produk awal (C)
ih = Suhu awal produk (C)
r = Suhu retort (C)
Nilai g dipengaruhi oleh faktor2 berikut:• Thermal death time• Gradien fh pada kurva pemanasan • Nilai Z dr mikoorganisme• Perbedaan suhu retort dengan air pendingin
Metode Ball (mempertimbangkan variabel2 g)
1.FFU U = Thermal death time pd suhu retort (C)
F = Nilai F referensi pada saat 1 menit pd suhu 121C
F1 = Nilai F pada suhu retort
Cooling Lag Factor ( jc )
icc
picc
cj
pic = Pseudo-initial product temperature pd permulaan pendinginan (C)
ic = Suhu aktual awal produk pd awal pendinginan (C)
c= Suhu air pendingin (C)Pada retort tipe Batch Hanya 40% dr total waktu (l) digunakan untuk mencapai suhu operasional yg memadai untuk membunuh mikroorganisme krn itu perlu koreksi perhitungan waktu proses (B) sbb:
lBprosesWaktu .4,0_
Contoh:
Sebuah bahan pangan dipanaskan pd suhu 115C menggunakan basis proses = 7 menit. Berdasarkan data proses penetrasi panas didapatkan beberapa informasi berikut: fh = 20 menit, jc = 1,80, pih = 41C dan ih = 74C. Waktu yg dibutuhkan untuk mencapai suhu operasional adalah 11 menit. Hitung waktu proses thermal tersebut!
101,121F
taruna©2015Agricultural Engineering
University of Jember