Pendinginan dan Pembekuan Hasil Pertanian Agus Suyanto

Sejarah Pemanfaatan Suhu Rendah Rumah es yang terletak di area bersalju umum digunaan sebagai tempat penyimpanan dingin sebelum ditemukannya lemari pendingin. Di daerah pegunungan beriklim subtropika, penyimpanan susu di luar rumah masih digunakan sebagai cara pengawetan.

Sejarah Pemanfaatan Suhu Rendah Pendinginan buatan dibuat pertama kali ditunjukkan pada tahun 1748 di University of Glasgow oleh William Cullen. Pada tahun 1805, Oliver Evans (AS) pertama kali merancang mesin pendingin. Mesin pendingin pertama dibuat oleh Jacob Perkins pada tahun 1834. John Gorrie (AS) mebuat mesin pembuat es berdasarkan rancangan Oliver Evans pada tahun 1844.

Sejarah Pemanfaatan Suhu Rendah Pengawetan sayuran melalui pembekuan cepat ditemukan tahun 1929. Produk makanan beku mulai dikenal. Lemari pendingin untuk keperluan rumah tangga dibuat pada di antara tahun 1940. Produk makanan beku memasyarakat.

Sejarah Pemanfaatan Suhu Rendah 1949, pengawetan sperma dengan pendinginan oleh tim peneliti yang dipimpin Christopher Polge Pengawetan dengan pendinginan dilakukan terhadap sel, jaringan, dan organ Organ besar seperti hati, ginjal, dan jantung hanya didinginkan, tidak dibekukan. Suspensi darah, sperma, sel telur, dan jaringan lunak dapat dibekukan

Perkembangan Ilmu yang Terkait dengan Cryobiology Cryogenics: Cabang ilmu fisika dan keteknikan yang mempelajari cara mendinginkan dan pemanfaatan dingin. Cryopreservation: Teknologi pengawetan sel, jaringan, atau embrio menggunakan pendinginan hingga suhu di bawah titik beku air. Cryonics: Pengawetan tubuh manusia dan hewan dengan tujuan dihidupkan kembali di masa yang akan datang. Cryonics bukan merupakan mainstream dari cryobiology.

Pemanfaatan Suhu Rendah Pembekuan sebagai cara pengawetan Suhu dingin menurunkan kecepatan reaksi kimia dalam bahan yang diawtkan Pembekuan mengurangi jumlah air berbentuk cairan yang dibutuhkan mikroba perusak bahan yang diawetkan Suhu dingin/pembekuan menurunkan aktivitas perusakan bahan yang diawetkan Suhu dingin hanya menghambat pertumbuhan mikroba perusak bahan yang diawetkan, tidak membunuhnya

Penurunan mutu produk segar Perubahan metabolic seperti penguapan, ethylene, tekstur dan aroma Pertumbuhan dan pengembangan Transpiration Cacat Kerusakan Physiologis Busuk; pertumbuhan mikroba

Metode pendinginan untuk bahan pangan 1. Air cooling Air cooling menggunakan suhu pendingin lebih dari 0°C dengan debit udara 150m3/jam. Metode pendinginan air cooling dapat digolongkan menjadi: Room cooling Room cooling biasanya menggunakan ruang dengan insulasi yang dilengkapi dengan alat pendingin. Umumnya digunakan untuk berbagai macam produk segar tapi kurang efektif untuk segera memindahkan field heat produk Penerapan metode pendinginan room cooling adalah untuk proses pendinginan produk pada skala kecil maupun besar

b. Air forced cooling Pada pendinginan air forced cooling, udara pendingin didorong dengan kipas. Udara bersirkulasi dengan kecepatan tinggi 75-90% lebih cepat dibanding room cooling. Penggunaan air forced cooling harus dengan pengontrolan RH  yang berkisar antara 90-98%. Metode pendinginan ini efektif untuk produk yang dikemas

2. Hydrocooling Pada pendinginan hydrocooling, panas produk dipindahkan melalui media air. Metode ini banyak digunakan untuk sayuran untuk mempertahankan tekstur dan kesegaran daun dan dapat digunakan sekaligus untuk membersihkan produk dimana dapat dicampur dengan klorin sebagai disinfectant. Kelemahannya adalah sering terjadi mechanical injury dan hanya bisa digunakan untuk komoditi yang tidak sensitif terhadap air. Hydrocooling untuk sayur biasanya dilakukan setelah dikemas.

3. Vacuum Cooling Pendinginan vakum adalah salah satu metoda yang umum digunakan untuk pra-pendinginan sayuran berdaun. Efek pendinginan terjadi akibat penguapan cepat sejumlah air dari bahan yang akan didinginkan pada ruang bertekanan rendah. Panas laten yang dibutuhkan untuk penguapan tersebut diambil dari produk itu sendiri sehingga terjadi penurunan panas sensibelnya dan sebagai akibatnya terjadi penurunan suhu. Pendinginan vakum sangat popular pada pra- pendinginan sayuran berdaun karena dua keunggulannya yang utama, yaitu laju pendinginan cepat dan sebaran suhu seragam pada seluruh bahan Efek pendinginan melalui panas laten penguapan. Metode pendinginan vakummerupakan metod ependinginan yang paling cepat. Tekanan udara di ruang pendinginnya berkisar 4.6 mm Hg. Metode pendinginan vakum banyak diterapkan untuk mendinginkan sayuran daun seperti selada, kubis, wortel, lada, jamur, kembang kol.

Pembekuan Bahan Pangan Berbagai metode digunakan dalam usaha pengawetan pangan, dan salah satu diantaranya adalah pembekuan. Beberapa bahan pangan dapat dibekukan, dan pada keadaan beku gerakan sel akan berkurang sehingga menghambat reaksi selanjutnya. Keputusan mengenai apakah suatu bahan pangan perlu dibekukan atau cukup didinginkan, ditentukan oleh jenis bahan itu sendiri dan lama penyimpanan yang diinginkan.

metoda pembekuan bahan pangan 1. Metoda Pembekuan Mekanik Pembeku Udara Sembur (Air blast freezer) Peembekuan mekanik menggunakan peralatan mekanik yang permanen dan dapat beroperasi secara curah (batch) maupun kontinyu. Sistem refrigerasi yang diterapkan pada pembeku mekanik biasanya adalah berdasarkan sistem kompresi uap dengan refrigeran freon (amonia, R-22, R-134a, dll), atau sistem absorbsi dengan sistem fluida air-amonia.

2. Metoda Pembekuan Kriogenik Perbedaan utama antara pembeku mekanik dengan pembeku kriogenik adalah pada sistem peralatan dan refrigeran yang digunakan. Refrigeran atau zat kriogen yang paling sering digunakan untuk pembekuan kriogenik adalah nitrogen cair (LN2) dan karbon dioksida (CO2) cair atau padat Pembekuan kriogenik biasanya dilakukan dalam suatu lemari pembeku atau ruang terinsulasi dan berlangsung secara kontinyu. Pembekuan kriogenik mengalami perkembangan yang sangat pesat pada dekade belakangan ini dan telah diterima dengan baik oleh industri pangan

Keuntungan yang dapat diperoleh dari teknik pembekuan ini adalah sifatnya yang dapat membekukan bahan pangan secepat dan sesegera mungkin hingga suhu –196 oC, sehingga dehidrasi yang terjadi selama proses pembekuan pangan tersebut dapat ditekan hingga sekecil mungkin Laju pembekuan kriogenik yang sangat cepat menghasilkan bentuk kristal es yang kecil-kecil dan lembut seperti salju, sehingga kerusakan sel bahan dapat dikurangi Pembekuan kriogenik dapat juga digunakan untuk pengawetan sel-sel atau kultur bakteri.  Semakin segera suatu bahan pangan dibekukan, maka semakin segera pula bakteri mati sehingga kerusakan alamiah bahan pangan tersebut dapat langsung dihambat.

Keunggulan pembekuan kriogenik: Peralatan yang relatif ringkas dan dapat beroperasi secara kontinyu, sehingga biaya modal relatif rendah (sekitar 30% dari biaya modal pembekuan mekanik) Kehilangan bobot karena dehidrasi sangat kecil, sekitar 0.5% (dibandingkan dengan 1-8% pada pembeku air blast). Pembekuan terjadi sangat cepat, sehingga memberikan perubahan karakteristik nutrisi dan sensori yang lebih kecil. Terjadi pengeluaran oksigen selama proses pembekuan. Waktu “start-up” cepat dan tidak memerlukan waktu khusus untuk menghilangkan es yang beku (defrost). Konsumsi energi lebih rendah Kelemahan pembekuan kriogenik: Biaya operasi relatif tinggi, khususnya untuk penyediaan zat kriogen. Kurang cocok digunakan untuk pembekuan sayuran hijau berdaun (leafy vegetables)

3. Metoda Pembekuan Kombinasi (Mekanik-Kriogenik) 4. Metode pembekuan vakum Pada pembekuan vakum, penurunan suhu hingga titik beku berlangsung sangat cepat dibandingkan dengan pembekuan lempeng sentuh. Setelah titik beku laju penurunan suhu bahan selama pembekuan vakum mengalami pelambatan karena kebutuhan panas laten pembekuan air, yang juga tampak pada pembekuan lempeng sentuh. Suhu bahan tampak lebih baik pada pembekuan vakum dari pada pembekuan lempeng sentuh sejak awal hingga akhir proses pembekuan. Keseragaman suhu bahan penting dalam mencegah migrasi air yang berpengaruh terhadap mutu hasil pembekuan.  Dalam hal ini, terlihat bahwa pembekuan vakum dapat diharapkan memberi hasil yang lebih baik terhadap mutu bahan pangan hasil pembekuan tersebut

PENDINGINAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KRIOGENIK Pembekuan adalah salah satu cara untuk mengawetkan produk pertanian atau produk pangan dan produk-produk lainnya untuk selang waktu relatif lama sebelum dikonsumsi. Pada umumnya pembekuan produk pangan menggunakan teknologi pembekuan (refrigerant) konvensional berbahan pendingin amonia atau di masa lalu menggunakan freon-CFC (chloroflurocarbon) yang ternyata terbukti menjadi gas-gas penyebab kerusakan ozon. Teknologi pembekuan seperti ini juga telah ditemukan memiliki kelemahan karena tingkat pendinginan yang kurang rendah suhunya dan relatif tidak stabil sehingga tidak menjamin keawetan produk pangan yang dibekukan

Pada penggunaan ammonia sebagai bahan pendingin, suhu terdingin yang dapat dicapai untuk refrigeran produk pangan yaitu antara -1ºC sampai dengan -46 ºC. Akan tetapi tidak semua produk pertanian terutama sayuran dan buah-buahan dapat dibekukan dengan mesin refrigerasi konvensional yang memberikan kecepatan pembekuan yang rendah karena jika produk semacam itu berada dalam ruang berisi udara dingin yang kering dalam waktu lama, maka air dalam sel-sel akan terdifusi keluar. Akibatnya, bobot produk berkurang demikian pula nilai ekonominya.

Kriogenik (cryogenic) merupakan salah satu teknologi pembekuan yang sebetulnya bukan tergolong ide yang baru. Metode pembekuan pada teknologi ini menggunakan gas yang dimanfaatkan menjadi cairan (liquid) misalnya nitrogen (N2) dan karbon dioksida (CO2). Nitrogen cair sebagaimana telah diketahui sejak lama, dipergunakan sebagai pembeku bahan- bahan organik untuk keperluan penyimpanan dan ekstraksi bahan-bahan penelitian bidang biologi terapan. Karbon dioksida cair pun telah sejak lama dipergunakan untuk pengisi tabung pemadam kebakaran.

Nitrogen cair memiliki titik didih pada suhu -195,8 derajat ºC, sedangkan karbon dioksida cair -57 ºC. Pada suhu yang lebih tinggi dari suhu tersebut, nitrogen dan karbon dioksida akan berbentuk gas volatil, sehingga umumnya nitrogen cair dan karbon dioksida cair berada pada suhu lebih rendah daripada titik didihnya. Dengan suhu yang sedemikian dingin, baik nitrogen cair maupun karbon dioksida cair mempunyai kemampuan membekukan bahan organik yang relatif lebih efektif daripada pendingin berbahan amonia ataupun freon. Suntory, sebuah perusahaan minuman di Jepang mengunakan metode cryogenic ini sebagai metode baru untuk produksi minuman sehingga kualitas kesegaran minuman terjaga. Dalam kondisi suhu -195 ºC buah dihancurkan menjadi tepung kemudian dibuat minuman.

Proses pembekuan cepat dilakukan dengan cara menyemprotkan cairan kriogenik, dalam hal ini nitrogen cair, ke produk yang diletakkan di rak dalam lemari pembeku. Produk dapat dibekukan pada suhu – 200⁰ C atau – 400⁰ C dalam waktu singkat dan dengan pemakaian nitrogen cair yang optimum. Dengan kecepatan pendinginan yang tinggi dan waktu pembekuan yang relatif singkat, maka proses difusi uap air dari sel dapat dikurangi dan produk tidak banyak mengalami susut bobot. Hasil pengujian menunjukkan bahwa lemari dapat berfungsi dengan baik dan dapat membekukan produk dalam waktu relatif singkat sesuai dengan yang diharapkan. Mikroba pada produk yang dibekukan dengan nitrogen cair dan disimpan dalam lemari pendingin, jika semakin lama produk beku disimpan dalam lemari pendingin semakin sedikit jumlah sel mikroba.

Sistem refrigerasi kriogenik sebenarnya hampir mirip dengan kompresi uap hanya saja kompresornya sampai 200 bar, dan dipasang secara seri. Untuk menghasilkan udara cair dalam jumlah yang besar sehingga dapat dihasilkan CO₂, cair, O₂, Nitrogen, DLL. Kegunaan udara cair namun udara cair juga memiliki sifat’’ yang merugikan / berbahaya.

Di negara-negara maju, studi mengenai aplikasi teknologi kriogenik untuk pembekuan produk pangan telah dimulai sejak dekade 1990-an. Beberapa kelebihan teknologi kriogenik untuk pembekuan produk pangan dibandingkan teknologi pembekuan konvensional telah ditemukan, seperti : 1) teknologi kriogenik mempunyai kemampuan mencegah rusaknya adenosintrifosfat (ATP) pada produk pangan laut segar selama periode penyimpanan. 2) mampu mempercepat pembekuan produk pangan seperti daging dan telur. 3) menghambat pertumbuhan mikroorganisme perusak produk pangan lebih baik. 4) mencegah rusaknya nutrisi produk pangan lebih baik.