Pengeringan (Drying) Program Studi Teknologi Pangan. Sub Topik 4/23/2015. Topik 10a

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan – Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor

Program Studi Teknologi Pangan

Internationally Recognized Undergraduate Program by IFT & IUFoST

Program Studi Teknologi Pangan

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, FATETA‐IPB

Pengantar Teknologi Pertanian

FTP 200

Topik 10a

Capaian Pembelajaran

Setelah menyelesaikan topik ini, mahasiswa diharapkan mampu :

 menjelaskan prinsip pengeringan bahan pangan.

 Menjelaskan berbagai prinsip teknologi pengeringan bahan pangan.

Pengeringan (Drying)

10.1. Prinsip Pengeringan

10.2. Proses Pindah Panas dan Massa  Selama Pengeringan

10.3. Beberapa Teknik Pengeringan

Sub Topik

Pengeringan (Dehidrasi)

• Cara pengawetan tertua

• Pengurangan kadar air melalui penguapan

• Pengurangan kadar air:

• Menurunkan Aw dan peluang kerusakan

• Penghambatan mikroba : Aw< 0.7

• Penghambatan reaksi kimia: Aw < 0.3

• menghemat volume

• meningkatkan efisiensi

• Produk “convenient” untuk konsumen.

• Pengetahuan tentang sifat udara : psikrometrika

Aw dan Keawetan

 Sejak bahan dipanen, dipungut, ditangkap, atau disembelih kerusakan sudah berlangsung

 Penyebab : fisik, kimia, biologi

 Kecepatan : lambat (biji‐bijian, kacang‐kacangan),  cepat (daging, ikan)

 Pencegahan mikroba : ganggu lingkungan hidupnya

Suhu, a_w, pH, kadar oksigen, komposisi substrat,  penggunaan bahan anti mikroba

 Pengeringan : penurunan a_wbahan pangan

Aw vs Pertumbuhan Mikroba vs Reaksi Kimia

Zone I Zone II Zone III

Reaksi non‐

enzimatis browning

Oksidasi lemak

Reaksi hidrolisi

Moisture  sorption  isotherm

Relative Reaction Rate Moisture Content

Water Activity

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.0

Pindah Panas dan Massa dalam Pengeringan

Bahan yg dikeringkan Uap air terbawa aliran udara

Proses Pengeringan Konveksi

• Udara panas dan kering dialirkan ke pengering 

• Kontak bahan pangan udara panas

• Peningkatan suhu air di dalam 

• Bergerak ke permukaan

• Di permukaan menguap, terbawa udara panas

• Dari dalam bergerak lagi ke permukaan

• Udara yang membawa uap air  keluar dalam  keadaan jenuh (saturated). 

• Peran panas sensible dan panas laten 

Mengapa air bergerak ?

 Air di permukaan bahan pindah ke udara

 Perbedaan konsentrasi air antara permukaan dengan bagian dalam

 Air didalam bahan bergerak ke permukaan bahan

 Kapilaritas; mengisi ruang kapiler akibat perbedaan tekanan

 Difusi akibat perbedaan konsentrasi

 Perbedaan tekanan uap udara dengan permukaan bahan

 Rangkaian proses secara sinkron

 Kondisi untuk pergerakan air dari permukaan

 Kondisi udara di ruang pengering !!!!!

 Belajar PSIKROMETRIKA

Laju Pengeringan

 Secara simultan diatur oleh :

Transfer panas dari lingkungan untuk mengevaporasi air di permukaan (external  condition)

Perpindahan air dari dalam ke permukaan yang  dilanjutkan dengan evaporasi (internal condition)

 Penting !!!!! 

Kondisi udara masuk dan keluar

Dianalisis dengan bantuan psychrometric chart

 Sinar Matahari (Penjemuran)

 Alat pengering : kontrol Suhu, kelembaban udara,  kecepatan aliran udara dan waktu pengeringan

Media pemanas kontak langsung dengan bahan

Melalui permukaan logam atau penukar panas

 Penting : Golongkan pengering yang dibahas dalam kuliah

Metode Pengeringan

Penjemuran

 Sinar matahari langsung sebagai energi panas

 Kerugian penjemuran :

Tergantung cuaca : kontinuitas

Suhu, kelembaban udara, kecepatan aliran udara tidak dapat diatur

Sanitasi tidak terjamin

Mutu hasil pengeringan lebih rendah

Membutuhkan tempat yang luas

 Keuntungan penjemuran :

Biaya rendah

Alat‐alat lebih murah

Penjemuran 

 Udara panas mengalir menyelimuti bahan yang dikeringkan

Cabinet and bed type dryers such as  tray,  truck tray, rotary flow conveyor and  tunnel dryers

Suitable for solid materials such as grains,  sliced fruits and vegetables, or chunked  products

Mesin Pengering Generasi Pertama Tray / Cabinet Dryers

 Rak tempat bahan untuk kontak dengan udara panas (kecepatan tinggi)

 Laju besar untuk efisiensi pindah massa & panas

 Operasi “Batch”, kurang seragam, perlu rotasi rak

Configuration of a cabinet air dryer (Barbosa‐Canovas & 

Vega‐Mercado, 1996)

Continuous Cabinet Dryer Tunnel Dryer

 Pergerakan udara panas dan bahan

 Co‐current atau Counter current

 Tergantung sensitivitas produk

 Dryers which were designed for dehydration of  slurries and pastes  

 Spray dryers (pengering semprot)

 Penyemprotan bahan, kontak dengan udara panas, penguapan air, pemisahan

 Drum dryers,  intended for dehydrated powder  and flakes

Mesin Pengering Generasi Kedua Spray Drying

Spray dryer with parallel flow (W.L. McCabbe &  J. C. Smith & P. Harriot ) 

Spray Drying Agglomerates

Agglomeration

Scaled up agglomerates (source: NIZO  food research)

Double‐drum dryer with center feed (W.L. 

McCabbe &  J. C. Smith & P. Harriot ) 

Drum Drier

 This generation was designed to overcome structural damages  and minimize losses of flavor and aroma compounds. The  most important example of this generation is freeze  dehydration

 Mekanisme pengeringan beku:

 Bahan pangan dibekukan

 Tekanan uap diturunkan di bawah titik triple (610.5 Pa)

 Saat diberi panas, es padat mengalami sublimasi menjadi uap air tanpa meleleh dulu

 Uap air dikeluarkan dan kondensasikan

 Saat direhidrasi, tekstur produk sangat baik

 Sublimasi bahan padat, dalam vakum (P < 4 mmHg), 10^oF (‐

12,2 ^oC)

Pengering Generasi Ketiga

 Kelebihan :

Bahan pangan terhindar dari kerusakan kimiawi dan mikrobiologis

Citarasa tetap

Daya rehidratasi baik

Nilai gizi tetap

 Kelemahan : 

Biaya mahal

Pengering Generasi Ketiga

Freeze drying system (adapted from Liapis & Marchello, 1984 ). 

Freeze Drying

Freeze dryer

 This generation was mainly designed for increasing  of energy efficiency and capacity of drying. Among  this generation, the followings are more popular:

 Microwave drying

 Fluidized bed drying

Pengering Generasi Keempat

Microwave Drying

 Polarisasi muatan pada taraf molekul/atom 

 Molekul bergerak jutaan kali/detik karena adanya medan magnet dan listrik bolak‐balik

 Timbul panas

 The heat dissipated in a product when exposed to  an alternating electromagnetic field depends on:

 the voltage and frequency of the  electromagnetic field

 the distance between electrodes

 the dielectric constant of the drying material 

 the loss of energy.

A typical microwave system utilizing a conveyorized cavity applicator

(Handbook of industrial drying. 1995)

Continuous microwave belt furnace 4.5m and 8 Kw (courtesy of Linn

Therm Gmbh, 2000).

Microwave Drying

Fluidized bed drying (FBD)

 Advantages of FBD for drying of agro  foods:

 Large capacity

 Low construction costs

 Easy operability

 Low maintenance

 Easy and reliable control

 High thermal efficiency

 FBD can be used for any non brittle  solid agro food including peas, beans,  diced vegetables, fruit granules,  onion flakes and fruit juice powders

• Produk diapungkan oleh di udara panas

• Pengeringan uniform seluruh permukaan produk

• Pembatas: ukuran partikel

Fluidized bed drying (FBD)

A typical continuous fluidized bed dryer (W.L. McCabbe & J. C.

Smith & P. Harriot )

Continuous Fluidized Bed Dryer  Drying Methods in Food Industry

• Sun drying or solar dryer

• Conventional tray drying

• Freeze drying

• Vacuum drying

• Spray drying

• Microwave drying

• Contact drying

• Drum Drying

Drying Conditions of various food drying system

5

Fruits and Vegetables suitable for drying

Fruits  Vegetables

Apples  Snap Beans

Apricots  Beets

Bananas  Carrots

Berries (Cherries, 

strawberry)  Sweet Corn

Citrus Peel  Garlic

Coconuts  Pumpkin

Figs  Mushrooms

Grapes  Okra

Nectarines  Onions

Pears, Plums Peaches  Parsley

Mango, Papaya Peas

Pineapples  Hot and Sweet  Peppers

Fruits wash

Peel and slice

Dip in osmotic soln 20-30-40°Brix 50-60-70° Brix

Drying (Cabinet or tray drying) packing

Osmotic Dehydration Process

CaCl₂ + metabisulfite (KMS) +

citric acid

blanching

Prunes Dates Apricots Apricots

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits available on World Market

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits available on World Market

4

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits sell on European Market

Dried Strawberry  Dried Tomato

Coconut chip

Banana chip Apple Chip

Dried Mango

Influence of Drying Air Temperature and Exposure Time on Colour  of Tomatoes

Ta 70°C  va 1.0 m/s 60 min

Ta 90°C va1.0 m/s 60 min

120 min 180 min

180 min 120 min

Products from Spray and freeze drying