PENDINGINAN & PEMBEKUAN

KONDISI SUHU RENDAH Reaksi biokimiawi dalam buah dan sayur lambat  degradasi bahan lambat Pertumbuhan mikroba lambat  pembusukan mikroba terhambat Masa simpan panjang ”kesegaran” lebih lama Perubahan karakteristik bahan dapat dijaga serendah-rendahnya  sedikit terjadi perubahan sensori akibat aktivitas enzim dan mikroba; kandungan nutrisi terjaga/sedikit berubah Biasanya tidak memerlukan bahan pengawet  dipersepsikan sebagai makanan “sehat”

PERBEDAAN PENDINGINAN DAN PEMBEKUAN PENDINGINAN (COOLING) Penyimpanan bahan pangan di atas suhu pembekuan (-2 sampai 10 oC) Lemari es umumnya 5 – 8 oC Umur simpan beberapa hari/minggu tergantung jenis bahan PEMBEKUAN (FREEZING) Penyimpanan bahan pangan pada suhu bekunya Air murni membeku pada 0 oC, beberapa makanan tidak membeku pada - 2 oC atau dibawahnya  pengaruh kandungan zat tertentu dalam bahan Pembekuan yang baik  - 12 sampai -24 oC Umur simpan beberapa bulan/tahun

MEKANISME CONDENSER COMPRESSOR EXPANSION VALVE EVAPORATOR a b c d e

KURVA HUBUNGAN ANTARA SUHU DAN WAKTU SELAMA PEMBEKUAN Pelepasan panas sensibel air Supercooling Suhu eutectic Panas sensibel es Pelepasan panas laten

A-S Produk atau bahan pangan didinginkan sampai suhu di bawah titik beku θf (bergantung jenis bahan), dengan pengecualian air murni, selalu di bawah 0 oC. Pada titik S, air tetap cair, walaupun di bawah titik beku. Gejala ini disebut sebagai kondisi lewat dingin, biasanya 10 oC di bawah titik beku. Periode lewat dingin dipengaruhi oleh jenis bahan dan kecepatan pengambilan panas. S-B Suhu meningkat secara cepat sampai titik beku ketika kristal es mulai terbentuk dan panas laten kristalisasi dilepaskan. Jumlah inti kristal yang terbentuk dipengaruhi oleh kecepatan pindah panas. Pindah panas tinggi menghasilkan sejumlah besar inti kristal.

B-C Panas dilepaskan dari bahan pangan. Panas laten diambil dan es terbentuk, tetapi suhu tetap hampir konstan. Titik beku turun akibat peningkatan konsentrasi solut pada cairan yang tidak beku. Saat tersebut sebagian kristal es terbentuk. C-D Saat sebagian solut menjadi lewat jenuh dan mengkristal. Panas laten kristalisasi dilepaskan dan suhu meningkat. D-E Kristalisasi air dan solut berlanjut. Waktu total yang diperlukan, tf, ditentukan berdasarkan kecepatan pengambilan panas.

E-F Suhu campuran air-es turun sampai suhu pembeku (freezer). Sebagian air tetap tidak membeku pada saat suhu yang digunakan pada pembekuan komersial. Proporsi es yang terbentuk bergantung pada jenis dan komposisi bahan pangan dan suhu penyimpanan. Misalnya, pada suhu penyimpanan -20 oC persentase es pada daging kambing sebesar 85%, pada ikan sebesar 91%, dan pada albumin telur sebesar 93%.

KURVA PEMBEKUAN CEPAT DAN LAMBAT

(1) (2) (3)

Contoh 1 Sayuran segar didistribusikan dengan menggunakan truk berpendingin. Total waktu yang diperlukan hingga sampai pasar adalah 48 jam. Hitunglah jumlah panas yang harus dilepaskan, jika sayuran segar (kapasitas panas 4,02 kJ kg-1 oC-1) beratnya 3 ton, suhu pendingin 2 oC, suhu sayur pada saat siap dimasukkan ke dalam truk adalah 5 oC, dan panas respirasi sayuran pada kisaran suhu ini adalah 0,035 J detik-1 kg-1! Jawab Panas yang dapat dihitung adalah panas sensibel untuk menurunkan suhu dari 5 oC menjadi 2 oC: Q 1 = m Cp ∆T = (3000 kg) (4,02 kJ kg-1 oC-1) (5 – 2) oC = 36,180 kJ Panas respirasi yang ditimbulkan sayuran: Q2 = m qresp = (3000 kg) (0,035 J detik-1 kg-1) (1 kJ/1000 J) (48 jam) (3600 detik/jam) = 18,144 kJ Panas yang harus dihilangkan: Q1 + Q2 = 36,180 + 18,144 = 54,324 kJ

Waktu Pembekuan Waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu dari bahan pangan dari suhu awalnya ke suhu di bawah titik beku yang diinginkan di bagian pusatnya Penting diketahui untuk disain proses pembekuan, antara lain untuk memperkiran ukuran sistem dan evaluasi beban refrigerasi Waktu yang diperlukan untuk membekukan bahan sangat tergantung berbagai faktor, yaitu (a) ukuran dan bentuk bahan, (b) konduktivitas panas bahan, (c) luas bahan tempat terjadinya pindah panas, (d) koefisien pindah panas permukaan dari medium, (e) perbedaan panas antara bahan dan media pembeku, (f) jenis pengemas yang digunakan Perhitungan waktu pembekuan pada kenyataannya cukup sulit. Hal ini disebabkan adanya perbedaan suhu pembekuan dan laju pembentukan kristal es pada bagian yang berbeda dari bahan dan terjadinya perubahan densitas, konduktivitas panas, panas jenis, dan difusivitas panas bahan selama penurunan suhu

Perkiraan waktu pembekuan dengan menggunakan metode waktu- suhu dikembangkan oleh Plank Waktu efektif pembekuan didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu bahan dari suhu awal ke suhu tertentu yang diinginkan pada titik pusat bahan yang dianggap paling lambat melepskan panas Asumsi yang dikembangkan Plank: Seluruh air dalam bahan pangan berada pada fase air pada awal pembekuan Kehilangan panas sensibel diabaikan Pindah panas terjadi secara lambat dalam kondisi steady state Pembekuan tidak memengaruhi bentuk bahan (bulat, silinder, kubus, dsb.) Terdapat hanya satu suhu pembekuan Konduktivitas panas dan pindah panas dari bahan konstan (tidak dipengaruhi oleh penurunan suhu selama pembekuan)

Waktu pembekuan bahan pangan berbentuk kubus: Tf (detik) = waktu pembekuan L (m) = panjang kubus h (Wm-2K-1) = koefisien transfer panas permukaan θf (oC) = titik beku bahan pangan θa (oC) = suhu medium pembekuan λ (J kg-1) = panas laten kristalisasi ρ (kg m-3) = densitas bahan pangan x (m) = tebal pengemasan k1 (Wm-1K-1) = konduktivitas panas pengemasan k2 (Wm-1K-1) = konduktivitas panas daerah beku Angka 6 dan 24 merupakan faktor. Bentuk atau dimensi bahan yang lain memerlukan faktor yang berbeda yang mewakili jarak terdekat dari pusat ke permukaan bahan pangan  2 dan 8 untuk bentuk lempeng (slab), 4 dan 6 untuk bentuk silinder, 6 dan 24 untuk bentuk bulat

Contoh 2 Potongan kentang berbentuk kubus dengan sisi 5 cm dikeringkan dengan cepat menggunakan blast freezer pada suhu -40 oC dengan koefisien transfer panas permukaan 30 Wm-2K-1. Jika titik beku kentang adalah -1 oC, dan densitasnya 1180 kgm-3, dugalah waktu pembekuan tiap kubusnya. Apabila kubus tersebut dikemas dalam kardus berukuran 20 x 10 x 10 cm, hitunglah waktu pembekuannya. Diketahui bahwa tebal kardus 1,5 mm, konduktivitas panas kardus 0,07 Wm-1K-1, konduktivitas panas kentang 2,5 Wm-1K-1 dan panas laten kristalisasi 2,74 x 105 J kg-1 Jawab Tanpa pengemasan: = 2648 detik = 44 menit (2,74 x 105) 1180 -1 – (-40) 0,05 6 1 30 + 0,052 24 x 2,5 tf =

Bahan dikemas dalam kardus, sehingga membentuk lempeng setebal 10 cm: (2,74 x 105) 1180 -1 – (-40) 0,1 2 1 30 + 0,0015 0,07 0,12 8 x 2,5 tf = = 25462,94 detik = 7,07 jam

Sifat Koligatif Bahan Pangan Air murni pada tekanan 1 atm umumnya memeku pada 0 oC, sedangkan air dalam bentuk larutan membeku di bawah 0 oC Sifat penurunan titik beku larutan dikenal sebagai sifat koligatif larutan  dipengaruhi oleh jenis pelarut dan tekanan udara Penurunan titik beku larutan untuk pelarut air pada tekanan atmosfer: di mana: m = molalitas (mol solut/1000 g pelarut) TAo = titik beku pelarut murni (untuk air 0 oC atau K) Rg = konstanta gas = 8,314 J mol-1k-1 λ = panas laten pembekuan, kJ kg-1 (untuk air 335 kJ kg-1) BMA = berat molekul pelarut

Bila titik beku larutan diketahui, maka fraksi mol air dalam larutan tersebut dapat dihitung dengan persamaan: Contoh 3 Suatu adonan es krim memiliki komposisi: 10% butterfat, 12% solid non-fat (54,5% dari solid non-fat adalah laktosa), 15% sukrosa, 0,22% stabilizer, dan 62,78% air. Berapakah penurunan titik beku es krim tersebut? Jawab Asumsikan bahwa hanya gula (laktosa dan sukrosa) yang mempunyai efek menurunkan titik beku larutan BM sukrosa = BM laktosa = 342 g mol-1 Fraksi gula = 0,15 + 0,12(0,545) = 0,2154 Fraksi air = 0,6278

Konsentrasi gula dalam air = 0,2154/0,6278 = 0,3431 g gula/g air = 343,1 g gula/1000 g air 343,1/342 mol gula 1000 g air = 1,003 m ∆Tf = (8,314 J mol -1K-1) (273)2 (18 g mol-1) (1,003 mol kg-1) (1000)(335) J kg-1 = 33,39 K

Contoh 4 Buah anggur diketahui memiliki kadar air 84,7%, titik beku (Tf) -1,08 oC dan panas laten (λ) 6003 J mol-1. Hitunglah berapa fraksi mol airnya! Jawab 6003 J mol-1 8,314 J mol-1 K-1 1 _ 273 K 271,2 K = ln XA ln XA = -0,01755 XA = 0,9826 (fraksi mol air yang terdapat dalam buah anggur)

Terima kasih