PENGERINGAN BEKU (FREEZE DRYING)

Defiisi Pengeringan Beku Pengeringan beku (freeze Drying): Prosese pelepasan air dari suatu produk dengan cara sublimasi dari es menjadi uap air Pengeringan dilakukan pd P (tekanan) uap rendah dng T (suhu) produk di bawah suhu beku Cara mendptkan P uap rendah dari : VAKUM dan TEKANAN GAS KERING

Landasan pengeringan beku Kontrol fase padat – cair – gas oleh tekanan dan suhu Sublimasi : perubahan fase padat (es) menjadi fase uap (uap air)

Gambar kedudukan fase air Kontrol fase air Gambar kedudukan fase air

Cara sublimasi T ditingkatkan pd P rendah konstan (D E) P diturunkan pd T rendah konstan (A C) Merubah T dan P (A E) Pd titik Q (T = 0,0099 0C; P = 6,12 mbar), air pd bentuk padat, cair dan gas. Sublimasi : P < 6,12 mbar T > 0,0099 0C P > 6,12 mbar T < 0,0099 0C

Kondisi air dalam bahan Terjadi perubahan dari titik B ke A kemudian ke C atau E Sebelum dikemas produk diawetkan dengan cara pengeringan beku

Keuntungan pengeringan beku Bentuk dan struktur dpt dipertahankan Yg sensitif panas dpt dipertahankan Rehidrasi lebih baik shg mirip aslinya Tidak keriput, ringan, porus, shg mudah di rekonstitusi. Porositas memudahkan pengisian dng gas inert (N2) utk stabilitas Dpt diperoleh kadar air sangat rendah

Mekanisme Pengeringan Beku air es Ruang kosong Uap air Pembekuan Sublimasi Produk segar Produk beku Produk kering beku

Mekanisme pengeringan beku (gas kering) Pd tek atmosfir jika ukuran partikel kecil Digunakan udara kering/nitrogen/gas lain yg berfungsi dlm transpor panas Diperlukan desikan (senyawa pengikat uap air) utk mengeluarkan uap air yg diabsorbsi gas kering pd suhu rendah Transpor uap air secara difusi lambat Tidak begitu populer

Mekanisme pengeringn beku (vakum) Udara dan uap air dikeluarkan sehingga tekanan turun Uap air diembunkan dalam tekanan vakum (dengan kondensor) Beda suhu antara plat pemanas dan kondensor ad tenaga proses pengeringan Proses dijaga agar tidak terjadi thawing (pencucian es) Lebih terkenal

Gambar skema pengering beku vakum

Tahapan Pengeringan Beku PEMBEKUAN PENDAHULUAN (Pre freezing) dlm alat pembeku yg terpisah PENGERINGAN PRIMER (sublimasi) secara fisik terjadi pindah panas dr plat pe manas ke lapisan sublimasi dan transpor uap air dr lap sublimasi ke kondensor es PENGERINGAN SEKUNDER dlm wadah/ rak vakum yg diberi plat pemanas

Pembekuan Pendahuluan (Pre Freezing) Sebag besar air menjadi kristal es. Untuk memproduksi 1 kg kristal es pd 273 K dr air dng suhu yg sama, dikeluarkan energi panas 334 KJ Cara pembekuan semiquick prefreezing Memantapkan ukuran dan komponen bahan Adanya larutan gula dapat cepat membentuk struktur glass yang dapat menghambat difusi uap sehingga menyulitkan pengeringan Ukuran partikel semakin kecil semakin memudahkan keluarnya uap air

Pengeringan Primer Kristal es disublimasikan ke uap air Terjadi transfer energi panas dan transfer uap air, shg terjadi reaksi kimia dan transfer senyawa volatil Kemungkinan ada air yg tersisa dlm bahan akibat :1.dikehendaki sbg batas k air aman 2.air tdk mengkristal pd prefreezing shg menimbulkan masalah resiko bahan (perlu pengeringan tambahan atau sekunder)

Pengeringan Sekunder Memanfaatkan pengaruh perubahan suhu dan tekanan tahap fase air (Gambar) Air yg tdk membeku dlm keadaan cair dan terjepit dlm matrik bahan yg beku (dibayangkan fase cair mendekati titik Q), shg dng ditambah tekanan sedikit atau tetap vakum dan suhu dinaikkan, air menguap

Energi Pengeringan Beku Adalah jumlah energi yg dibutuhkan dlm tiap tahap pengeringan beku ENERGI DAN PINDAH PANAS pada : Pengeringan sekunder = pengeringan Pembekuan pendahuluan = pembekuan Pengeringan primer/sublimasi adalah energi panas yg dibutuhkan utk menguapkan es

Energi panas sublimasi Qs = m.Cs Qs = energi panas yg dibutuhkan utk sublimasi (BTU) m = massa air bentuk es (lb) Cs = panas laten sublimasi (BTU/lb)

Pindah panas konduksi/radiasi Qk = U.A.ΔT - konduksi (plat pemanas) Qk = kecepatan pindah panas (BTU/jam) U = total koef pindah panas (BTU/ft jam0F) A = luas permukaan tempat terjadinya konduksi (ft2) ΔT = perbedaan suhu permukaan pengering/plat (Tp) dng suhu bag dlm bhn pangan (Td) dalam 0F

Waktu pengeringan primer = Alat pengeringan beku : Pengeringan beku terputus (batch freeze driers) Pengeringan beku kontinu (continuous freeze driers)

Pengering Beku Terputus Banyak digunakan, krn fleksibel utk skala kecil Pembekuan terpisah, bhn beku disimpan di bawah suhu beku utk menunggu waktu pengeringan sublimasi Pengeringan primer dan sekunder dilaku kan pd alat pengering beku yg sama (dng T dan P beda). Dapat terpisah asal tingkat kebekuan bahan terjamin (tdk mencair)

Pengering Beku Kontinu Waktu antar tahap proses pengeringan beku sangat pendek Peralatan pembekuan dan pengeringan dlm suatu sistem tertutup agar kekontinuan proses terjamin

Faktor yang mempengaruhi aplikasi dan optimasi pengeringan beku Kontrol T, P, t (waktu) proses Daya kerentanan bhn pangan (thd pembentukan kristal dan pengurangan kadar air) Komposisi bhn pangan (karbohidrat, protein mampu menjerat air) Penanganan pasca pengeringan beku (rusak bila tdk dikemas)

Masalah : kolaps Struktur bhn pangan rusak, tdk tegar/terkulai selama proses, shg ukuran pori kecil dan terjadi penahanan uap air dan pd akhir proses struktur berubah Dpt dicegah dng : 1. menjaga suhu tetap rendah (amorf)/ukuran partikel lebih kecil 2. ditambah 1 % gelatin (232 0K pd 25 % fruktosa), ditambah 2 % gelatin (239 0K), tdk ditambah gelatin (229 0K)

Masalah : rehidrasi Bila kadar air jauh di bawah kadar air kesetimbangan terjadi rehidrasi Perlu pengemasan yang baik dan tepat

Pengeringan beku dibanding cara pengawetan lainnya Mahal Waktu proses lama Proses/tahap beragam Ada penanganan pasca pengawetan Diperlukan untuk bahan yang banyak mengalami kerusakan bila dikeringkan dengan metode pengeringan yang lain

Kriteria Pengeringan Biasa Pengeringan Beku Perbedaan antara pengeringan biasa dan pengeringan beku Kriteria Pengeringan Biasa Pengeringan Beku Suhu pengeringan 37 – 93oC (tergantung tekanan dan aliran udara) Di bawah titik beku Mekanisme pengeringan Evaporasi Sublimasi Laju pengeringan Lambat dan tidak komplit Cepat dan lebih komplit Tekanan Umumnya pada tekanan atmosfir Tekanan vakum Mutu produk Sering mnghasilkan permukaan yang keriput, kurang porus, densitas tinggi, kurang mudah dibasahkan kembali, warna kegelapan, mutu flavor dan nilai gizi berkurang Tidak menyebabkan permukaan keriput, lebih porus, mudah disegarkan kembali, warna normal, mutu flavor dan nilai gizi dapat dipertahankan Biaya Lebih murah Lebih mahal Kegunaan Umum Untuk pengeringan umum, cocok untuk sayuran dan biji-bijian, kurang cocok untuk daging dan produk daging Untuk produk dengan nilai ekonomi cukup tinggi, mikroenkapsulasi, produk instan, cocok untuk daging dan produk daging