Prinsip Kecukupan Proses Thermal

(1)

Prinsip

Kecukupan Proses Thermal

Prof. Purwiyatno Hariyadi, PhD

• Department of Food Science & Technology, and Southeast Asian F d & A i lt l S i & T h l (SEAFAST) C t

Purwiyatno Hariyadi [email protected] PS-Ilmu Pangan – ITP730

Dept Ilmu dan Teknologi Pangan Fateta-IPB

Food & Agricultural Science & Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University, BOGOR, Indonesia

• Member of Institute for Thermal Process Specialist (IFTPS)- USA

INTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS

• Lethal Rate (LR)= Lethal value (LV)

• Time/Temp. Process & LR

• LR Curve for Thermal Process

(2)

PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI

z 121.1 - T(t)

z T(t) -

121.1 10

10 LV 1

LR = = =

T(ôC) T(ôF) LR( 10ôC) T(ôC) T(ôF) LR(z=10ôC)

90 194 0,000776247

95 203 0,002454709

100 212 0,007762471

105 221 0,024547089

110 230 0,077624712

115 239 0,245470892

120 248 0 776247117

120 248 0,776247117

121,1 250 1,000000000

125 257 2,454708916

129 264 6,165950019

t, min T(ôC) LR(z=10ôC) Pemanasan pada suhu konstan, 121,1ôC

80 100 120 140

hu

0,8 1,0 1,2

0 121,1

1 121,1

2 121,1

3 121,1

4 121,1

5 121,1

6 121,1

7 121,1

8 121,1

9 121 1

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

1 0 1 unit sterilisasi

0 20 40 60

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

Waktu

Suh

0,0 0,2 0,4 0,6

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

LR

9 121,1

10 121,1

11 121,1

12 121,1

1,0 1,0 1,0 1,0

1 unit sterilisasi 12 unit sterilisasi

F₀=12

(3)

0,0020 0,0040 0,0060 0,0080 0,0100

LRt, min T(^oC) LR(z=10^oC)

0 100 0 007762471

Pemanasan pada suhu konstan, 100^oC

0,0000 0,0020

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

0 100 0,007762471

1 100 0,007762471

2 100 0,007762471

3 100 0,007762471

4 100 0,007762471

5 100 0,007762471

6 100 0,007762471

7 100 0,007762471

8 100 0,007762471

9 100 0,007762471

Total sterilitas = 0.007762x12 unit

= 0.10091 unit hanya

0.00776 x pengaruh letal pada 121.1^oC Total letalitas = F₀=??

Dept Ilmu dan Teknologi Pangan Fateta-IPB ,

10 100 0,007762471

11 100 0,007762471

12 100 0,007762471 F₀= D_olog ⁼ ∫^t

0

(LR)dt N

N₀ F₀= LR.t

Diketahui : Mikroba A; D0= 0,21 menit dikehendaki proses 12 D

Pemanasan pada suhu 121.1^oC ^………> 12(0,21)=2.52 menit Pemanasan pada suhu 100^oC

Æ 1/LR_100Cx 2.52 min = 1/0.00776 x 2.52=324.7 min (5.4 jam)

Æ 1/LR_100Cx 2.52 min 1/0.00776 x 2.52 324.7 min (5.4 jam) Pemanasan pada suhu 129^oC

Æ 1/LR_129Cx 2.52 min = 1/6,166 x 2.52=0.408 min (24.5 detik) Pemanasan pada suhu 50^oC

Æ 1/LR_50Cx 2.52 min = 1/0. 000000078 x 2.52

= 32307692.31 menit

= 747.8 bulan????!!!!

Pada prakteknya :

Æ efek letal panas untuk sterilisasi, umumnya mulai dianggap nyata setelah T>90^oC

Æ Teixeira (1992) : no appreciable lethality at T < 210^oF(99^oC) Æ suhu produk selama pemanasan tidak konstant ^…….> T=f(t) Æ Pemanasan produk dilakukan dalam retort Æ pengalengan Æ Pemanasan produk dilakukan dengan HE Æ aseptik Æ suhu produk diukur pada SHP/CP

(4)

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

0 90 0,000776247

4 105 0,024547089

8 120 0,776247117

12 121 0 977237221 ⁰

20 40 60 80 100 120 140

Suhu (C)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0 4 8 12 16 20 24

LR

12 121 0,977237221

16 100 0,007762471

20 70 0,000007762

24 60 0,000000776

F₀= D_olog = ∫^t

0

(LR)dt N

N₀

F l di b h k

0

0 4 8 12 16 20 24

waktu

0 4 8 12 16 20 24

Waktu

Fo = luas area di bawah kurva hubungan antara LR dan t Fo = jumlah area trapesium

Luas trapesium Δt

2 LR₂ LR₁

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

= ⁽¹² ⁸⁾ ^3.506

2 0.977 0.776

A ⎟ - =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

INTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS - Heat Penetration test

Pemanasan kaleng dalam retort

• Prosedur venting

• Come up time Æ T_R= f(t) dalam retort

R ( )

(5)

•Tipikal kurva penetrasi panas untuk makanan kaleng dan perubahan suhu retort (T_R) selama proses seterilisasi

- Heat Penetration test

•Suhu retort di”set” pada 250^oF

•T untuk mencapai T_R: CUT

CUT

Teixera, 1992. Thermal Process Calculation. Handbook of Food Eng.

INTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS - Heat Penetration test

Tipikal data penetrasi panas : hubungan antara suhu produk (SHP) dan waktu pemanasan

(6)

(7)

(8)

T_R-T_p 2. Metoda Formula 1000

T T

- hA t

Persamaan perubahan suhu selama proses pemanasan :

T-T_m T_P-T_R

=

T_i-T_m T_i-T_R = exp -(αt/L²)

T_R-T_P 10

T - T_R 100

T_i- T_R ^{= e}

ρCpV t

= e^-kt

R P

T_R-T_i = exp -(k)t

Log(T_R-T_P)=Log(T_R-T_i)- t (2,303)

k

1 t

Contoh :

waktu suhu TR-T

0 25 90

5 25,6 89,4

10 28,1 86,9

15 32,8 82,2

20 39,6 75,4

25 48,7 66,3

30 58,1 56,9

35 67 7 47 3 100

1000

35 67,7 47,3

40 75,9 39,1

45 82,9 32,1

50 88,8 26,2

55 93,8 21,2

60 97,8 17,2

65 101,2 13,8

70 103,6 11,4

75 105,4 9,6

80 107,1 7,9

85 108,2 6,8

90 109 2 5 8 1

10 100

TR-T (TR=115C)

90 109,2 5,8

95 109,9 5,1

100 110,6 4,4

105 111,1 3,9

110 111,4 3,6

115 111,7 3,3

120 112 3

125 112,2 2,8

1

0 50 100 150

waktu

(9)

1 50 0

100 150

waktu 1000

Putar 180^o

10 1

TR-T(TR=115C)

10 100

TR-T (TR=115C)

100

1000 1

0 50 100 150

waktu

METODE FORMULA : Plot Data Penetrasi panas untuk suhu retort (Tr)= 250^oF

(10)

Tipikal plot data penetrasi panas : pemanasan

f_h= waktu dalam menit yang dibutuhkan oleh kurva pemanasan untuk melewati 1 siklus log

j

CUT come up time; yaitu waktu dari mulai uap dinyalakan sampai retort mencapai suhu proses.

B waktu proses dalam menit jika suhu retort langsung

i T CUT 0

Istilah/notasi pada proses termal :

mencapai T_R ^………> CUT = 0

Pt waktu proses yang dihitung oleh operator retort (operator processing time), yaitu sama dengan B dikurangi 0.42 CUT (waktu proses dihitung sejak termometer menunjukkan suhu retort yang dikehendaki sampai mulai proses pendinginan) f_h waktu dalam menit yang dibutuhkan kurva pemanasan

untuk melewati satu siklus

j faktor lag waktu sebelum kurva pemanasan menjadi lurus, j faktor lag waktu sebelum kurva pemanasan menjadi lurus,

atau j = jI/I

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

(11)

g perbedaan suhu retort dengan produk di dalam kaleng pada akhir proses termal

T_R suhu retort yang di “set” dan dipertahankan pada saat proses termal Istilah/notasi pada proses termal :

T_i suhu awal produk

I perbedaan suhu retort dengan suhu awal produk (T_R-T_i)

F₀ jumlah menit yang dibutuhkan untuk memusnahkan sejumlah bakteri pada suhu 250^oF

F_i jumlah menit pada suhu T_Ryang ekivaleng dengan 1 menit pada suhu 250^oF ^………> F_i= 10^(250-TR)/z

U Waktu pada T_Rekivalen dengan F₀ U = F_iF₀

Formula Ball : B = f_h(log jI - log g)

B = waktu proses (menit) jika

h l i

CONTOH

suhu retort langsung mencapai T_R(waktu proses jika CUT = 0) I = ?

= T_R-T_i

= 250-150=100^oF jI = ?

= 135^oF fh = ?

= 51 menit g = ?

= lihat kurva!!!

(12)

Penentuan nilai g???

g : unaccomplished temperature difference at the end of a specified heating time

(T T ) di T h di khi

(T_R-T_Pe), dimana T_pe= suhu di akhir proses Kita ingin menentukan waktu proses

……….> tidak diketahui T_pe g = f(D, Z, F₀, f_hdan T_R)

Secara perhitungan + empiris

p g p

………..> nilai g telah ditabulasikan (Tabel + Diagram :

hubungan fh/U dan log g, pada berbagai nilai z, jc)

(13)

Rangkuman

Dari kurva penetrasi panas : - Tentukan f_h

- Buat garis vertikal di t=0.6 CUT - Tentukan jI (baca di sumbu kanan Y)j ( ) - (hitung/tentukan j

Æ j = jI/I Æ I = RT - IT

(14)

Rangkuman

Menentukan nilai F_o; jika diketahui B ...hitung log g = log jI – (B/f_h)

Kasus 1

... .dengan diketahui log g Æcari f_h/U ... .hitung F_i= 10^(250-TR)/z

Æ F_o= f_h/[(f_h/U)F_i]

Rangkuman

Menentukan nilai B; jika dikehendaki nilai F_o ... .hitung F_i= 10^(250-TR)/z

Kasus 2

... hitung f_h/U = f_h/(F_o*F_i)

... .dengan diketahui f_h/U Æcari log g Æ B= f_h(log jI – log g)

(15)

Dipengaruhi oleh:

KECUKUPAN PROSES PANAS DALAM SISTEM ASEPTIK

• Karakteristik fluida (Newtonian/non- Newtonian)

• Ada tidaknya particulate

• Karakteristik aliran fluida dalam pipa:

• Dimensi pipa (diameter, panjang pipa)

• Densitas fluida Vi k it

• Viskositas

• Kecepatan aliran fluida dalam pipa

4 4

Pasteurisasi Kontinyu untuk produk cair sebelum dikemas

SUMBER SUMBER UAP UAP PANAS PANAS 2

2

3 3 5

5

a a b

b

B B A A

Uap panas Uap panas SUMBER

SUMBER AIR AIR DINGIN DINGIN

1 1

6 6

a a b

b

C C

(16)

[email protected] Dept Ilmu dan Teknologi Pangan Fateta-IPB

PROFIL LAJU ALIRAN → SHP: COLDEST POINT

ALIRAN LAMINAR, Re < 2100

V_max= 2v NEWTONIAN ?

ALIRAN TURBULEN, Re < 4000

V_max= F (Re)

0.662 (Re)

log 036 . V 0

V

max

+

=

82 . 0 V ~ 10000, v Re

max

>

(17)

PROFIL LAJU ALIRAN → SHP: COLDEST POINT

Non-NEWTONIAN ?

dr K dV⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛ τ

n 3 n n

2 n

G 2

n 3 1

n K

v

Re D ⁻

−

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

= ρ

Generalized Re

Untuk aliran laminar: +

= + n 3 1

n 1 V

v

+ n3 1 V_max

+

= 1+3n n 1

V^max v

FDA: Perhitungan Proses Termal; letalitas

hanya didasarkan pada pemanasan pada Holding Tube

Produk Mentah

SSHE

Sumber Uap Panas Positive

Displ. Pump Mentah

Produk

Holding Tube SSHE

T

Sumber Air Dingin

Steril T_ho

(18)

L 1

F t^min

2 v 10

10 F

Z T 250 Z

T 250

min

ho

ho ⎥

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ −

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ − =

=

T_ho= Suhu pada Holding Tube (diukur pada “outlet”) L = Panjang Holding Tube

j g g

LETALITAS - ILUSTRASI

140^oC

0 40 50 75

Waktu (detik) Diketahui: D_121.1= 1 menit

Z = 10^oC

Cek: Apakah kondisi sterisasi komersial telah tercapai?

(Proses 12 D)

(19)

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

Z T 1 . 10 121 F t

ho min

dt

10 776.2dt 12.9menit 10

140 - 121.1 10

dt

F 10 = =

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

Proses 12 D → F_o= 12 D_121.1 F₀= 12 menit

∴ Sterilisasi komersial telah tercapai

KECUKUPAN PANAS?

• Bandingkan dengan target

• Ingat “performance criteria”

• Ingat performance criteria

• Identifikasi titik kritis (next discussion)

• Buat “scheduled process” = SOP

• Kendalikan titik kritis (next discussion)

• Training operator

• Maintenance

• Perlu authorized person(s)

(20)

Prinsip Kecukupan Proses Thermal

Prinsip

Kecukupan Proses Thermal

Thank You