Current Issues & Development on Food Technology/ Food Process Engineering

(1)

http://seafast.ipb.ac.id/academic-lectures/311-itp-506-isu-mutakhir-teknologi-pangan/

ITP 506

Issue Mutakhir

Industri Pangan

g

Current Issues &

Development on

Food Technology/

Food Process Engineering

(2)

What is Food Science/Food Technology

ww

www,ift.org

Food Science

Food Science is the discipline in which biology, physical sciences, and engineering are used to study the nature of foods, the causes of their deterioration, and the principles underlying food processing.

g

Purwiyatno Hariyadi/Isue Mutakhir Industri Pangan-new tech??

MPTP – IPB

Food Technology

Food Technology is the application of food science to the selection, preservation, processing, packaging, distribution, and use of safe, nutritious, and wholesome food.

What is Food (Process) Engineering?

• Food engineering is a broad field that is

concerned with the application of

engineering principles and concepts to

the handling, manufacturing, processing

and distribution of foods.

• This relatively new branch of engineering

encompasses the knowledge required to design

d

t

f

ffi i

t f

d h i

processes and systems for an efficient food chain

extending from the producer to the consumer

• (R P Singh, Professor of Food Engineering,

(3)

What is Food (Process) Engineering?

• Food process engineering is

concerned with feasibility and

practicality, that is, will something

work and how much will it cost?

• Food engineers are educated to analyze,

synthesize, design, and operate complex

MPTP – IPB

y

g

p

systems that manipulate mass, energy, and

information to transform material and energy

into useful form

• (Valentas, Levine and Clark, 1991).

••

Memperpanjang

Memperpanjang keawetan

keawetan ((

long shelf life

))

••

Ketersediaan

Ketersediaan lebih

lebih lama

lama

TUJUAN ????

••

Mudah

Mudah ((

convenience

))

••

Penampakan

Penampakan lebih

lebih baik

baik

••

Tekstur

Tekstur lebih

lebih baik

baik

••

Flavor

Flavor lebih

lebih baik

baik

••

Gizi

Gizi lebih

lebih baik

baik

••

Aman

Aman --

mikrobiologi

mikrobiologi,

, kimia

kimia,

, fisik

fisik,

, psikologis

psikologis

••

????

Food Technology

(4)

TUJUAN ????

MPTP – IPB

Food Technology

Providing better value of foods

TUJUAN ????

Food Technology

(5)

Konsep (value) Industry?

•• Bahan

Bahan mentah

mentah berkualitas

berkualitas rendah

rendah

mutu mutu rendahrendah penanganan

penanganan sembarangansembarangan, , dlldll

P

l h

j l k

P

l h

j l k

TUJUAN ???? = f(banyak faktor)

•• Proses Pengolahan yang jelek

Proses Pengolahan yang jelek

sanitasi kurang baik sanitasi kurang baik praktek pengolahan kurang baik, dll praktek pengolahan kurang baik, dll

•• Pengemasan yang tidak baik

Pengemasan yang tidak baik

pemilihan pengemas salah pemilihan pengemas salah proses pengemasan kurang baik, dll proses pengemasan kurang baik, dll

MPTP – IPB

•• Penyimpanan/distribusi/ display

Penyimpanan/distribusi/ display

kurang baik

pengendalian suhu tidak baik pengendalian suhu tidak baik pengendalian kelembaban kurang pengendalian kelembaban kurang penanganan tidak baik, dll penanganan tidak baik, dll

Berbagai

Food (Process) Engineering

Untuk

Untuk Pengawetan

Pengawetan

••

For better value of foods

•• Pemanasan

Pemanasan

•• Pendinginan

Pendinginan

•• Pengeringan

Pengeringan

•• Fermentasi

Fermentasi

•• Pengaturan pH

Pengaturan pH

•• Penambahan bahan

Penambahan bahan

pengawet

(6)

Berbagai

Food (Process) Engineering

Untuk

Untuk Pengawetan

Pengawetan

••

For better value of foods

•• Pemanasan

Pemanasan

Penemuan api

Pengolahan dengan suhu tinggi

Merupakan salah satu teknik

pengawetan yang sangat

populer

MPTP – IPB

populer

-- memasak makanan/

memasak makanan/

cooking

--1810 : Nicholas Appert

1810 : Nicholas Appert

PENGOLAHAN DENGAN SUHU TINGGI

pp

-- ilmu pengawetan makanan

ilmu pengawetan makanan

Appertization

(7)

Mik b

PENGOLAHAN DENGAN SUHU TINGGI

Makhluk hidup tidak dapat tumbuh pada lingkungan

yang ekstrim

Makhluk hidup tidak dapat tumbuh pada lingkungan

yang ekstrim

Mikroba

penyebab

kebusukan

Mikroba

penyebab

kebusukan

MPTP – IPB

y

g

Mikroba akan mati jika lingkungan di sekitarnya tidak

mendukung

Cara mengendalikan yang paling mudah adalah

dengan mengatur suhu

y

g

Mikroba akan mati jika lingkungan di sekitarnya tidak

mendukung

Cara mengendalikan yang paling mudah adalah

dengan mengatur suhu

THERMAL STERILIZATION OF FOODS

CANNING : Conventional Heat processing/Sterilization

(8)

Dasar Kinetika Optimasi Pengolahan Pangan dengan Panas

kN kN dt dt dN dN₌₌₋₋ Pers. 1 Pers. 1 tt 303 303 ,, 2 2 k k --N N log log N N log log 00 ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ == Pers. 2Pers. 2 ⎞⎞ ⎛⎛ EE Dimana

Dimana,, NN : : kuantitaskuantitas ((jumlahjumlah//konsentrasikonsentrasi) ) substratsubstrat atauatau m.om.o N

N00 : : kuantitaskuantitas awalawal

⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛

==

RTRT --EaEa

e

A

k

Pers. 3Pers. 3 ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ == T T 1 1 R R 2,303 2,303 Ea Ea --A A log log k k log

log Pers. 4Pers. 4

MPTP – IPB

tt : : periodeperiode (lama) (lama) reaksireaksi A

A : : konstantakonstanta Arrhenius (Arrhenius (faktorfaktor frekuensifrekuensi)) Ea

Ea : : energienergi aktivasiaktivasi R

R : : konstantakonstanta gasgas k

k : : konstantakonstanta lajulaju reaksireaksi T

T : : suhusuhu mutlakmutlak ((dalamdalam K)K)

Log k

Kemiringan = -E_a1/R

1 1/T

1

(9)

Ketahanan berbagai komponen pangan terhadap

suhu

Komponen

Komponen NilaiNilai Z (Z (oo_F_F)) _Nilai_{Nilai E}_E a

a(Kcal/mol)(Kcal/mol) NilaiNilai DD121121((menitmenit))

Vitamin Vitamin 4444 -- 5555 2020 -- 3030 100100 -- 10001000 Vitamin Vitamin 44 44 5555 20 20 3030 100 100 10001000 Citarasa Citarasa,, tekstur tekstur,, 45 45 -- 8080 10 10 -- 3030 5 5 -- 500500 flavor flavor Sel

Sel vegetatifvegetatif 8 8 -- 1212 100 100 -- 120120 0.002 0.002 -- 0.020.02

S

S 1212 2222 5353 8383 0 10 1 5 05 0

MPTP – IPB

Ingat :

k

………..….………..….

_{> D}

E

aa……………………

> Z

Spora Spora 12 12 -- 2222 53 53 -- 8383 0.1 0.1 -- 5.05.0 Lund (1977) Lund (1977) Lund (1977) Lund (1977)

Log k

Kemiringan = -E /R; E >E Kemiringan = -E_a1/R

1

Kemiringan = -Ea2/R; Ea1>Ea2

1/T

1

(10)

T₁

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T₁

KINETIKA

T >T

D1

MPTP – IPB

Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2>T1???

T2>T1

Semakin tinggi T ..._{> semakin kecil nilai D}

D=f(T) KINETIKA ..._{>D = f(T)} Secara empiris: Z T -1 . 121 D D log 0 =

Nilai Z adalah perubahan suhu (ΔT) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log

Nilai Z = 18o_{F = ?}o_C ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡

=

Z T -121.1 0

10 D

D

(11)

KINETIKA ..._{> 2 parameter kinetika}

D dan Z ..._{> perlu selalu diketahui dua-duanya!}

Misal

Mikroba A mempunyai DA,250F= 0.5 menit

Mikroba B mempunyai DB 250F= 1 menit

DA=DB DA<DB DA>DB 0.1 1 10 100 1000 10000 Nilai D (menit) B A oba e pu ya B,250F e t Apa artinya? ZA= 10oC; ZB= 20oC Suhu (C) D_A(menit) D_B(Menit)

80.1 5000 100

90.1 500

101.1 50 10

MPTP – IPB Suhu (o_C) 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0 50 100 150 200 121.1 0.5 1 131.1 0.05 141.1 0.005 0.1 151.1 0.0005 161.1 0.00005 0.01 111.1 5

(12)

Purwiyatno Hariyadi/Isue Mutakhir Industri Pangan-new tech?? MPTP – IPB

Optimasi

Proses

Termal

Suhu : Tinggi

Waktu : Singkat

Syarat:

Proses pindah panas

(pemanasan/pendinginan)

dengan cepat

Pengalengan Pengalengan Pengalengan Pengalengan Konvensional: Konvensional: -- h, k rendahh, k rendah -- pengaruh pengaruh bahan bahan pengemas pengemas Teknik/Kiat Teknik/Kiat “BARU” “BARU”

(13)

Kiat

Kiat--kiat baru:

kiat baru:

Teknik Sterilisasi/Pasteurisasi Mutakhir?

Arah Arah

Proses sterilisasi yang sinambung: Aseptic Processing

Pemanasan

Pemanasan LangsungLangsung PemanasanPemanasan TidakTidak LangsungLangsung

MPTP – IPB

Pemanasan

Pemanasan LangsungLangsung Steam Injection Steam Infusion Di(electric) & Microwave heating Etc :

http://www.fda.gov/Food/ScienceResearch/ResearchAreas /SafePracticesforFoodProcesses/ucm100158.htm

Pemanasan

Pemanasan TidakTidak LangsungLangsung •• PemilihanPemilihan dandan optimasioptimasi HEHE

**ASEPTIC THERMAL PROCESSING*)**

(14)

ASEPTIC THERMAL PROCESSING

KEUNTUNGAN:

••

Proses sinambung

••

Pemanasan dan pendinginan lebih cepat (

Pemanasan dan pendinginan lebih cepat (tidak

tidak

ada penghalang panas oleh pengemas

ada penghalang panas oleh pengemas))

••

Lebih hemat energi

••

Pilihan bahan pengemas lebih bervariasi

MPTP – IPB

••

“CIP”

PROFIL LAJU ALIRAN

→

SHP: COLDEST POINT

ALIRAN LAMINAR,

ALIRAN LAMINAR, Re < 2100Re < 2100

V

Vmaxmaxmax max = 2= 2v

ALIRAN TURBULEN,

ALIRAN TURBULEN, Re < 4000Re < 4000

V

Vmax max = F (Re)= F (Re)

0.662 (Re) log 036 . 0 V V max + = ~ 0.82 V v 10000, Re max >

(15)

NON

NON -- NEWTONIAN ?NEWTONIAN ?

dV dV⎞⎞ ⎛⎛ n n 3 3 n n n n 2 2 n n G G 22 n n 3 3 1 1 n n K K v v D D Re Re −− −− ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ ++ ρρ == dr dr dV dV K K ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ == ττ Generalized Re Generalized Re

MPTP – IPB

Untuk aliran laminar:

Untuk aliran laminar: ⎟⎟

⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ ++ ++ == n n 3 3 1 1 n n 1 1 V V v v max max FDA:

FDA: Perhitungan Perhitungan Proses Termal; letalitasProses Termal; letalitas

hanya didasarkan pada pemanasan pada Holding Tube hanya didasarkan pada pemanasan pada Holding Tube

Produk Produk

SSHE SSHE

Sumber Uap Panas Sumber Uap Panas Positive Positive Displ. Pump Displ. Pump Produk Produk Mentah Mentah Holding Holding Tube Tube SSHE SSHE Sumber Sumber Air Dingin Air Dingin Produk Produk Steril Steril TThoho

(16)

LETALITAS: LETALITAS:

v

2

2 L

L

10

1

10

10 tt

F

Z Z T T 250 250 Z Z T T 250 250 min min ho ho ho ho ⎥⎥⎦⎦ ⎤⎤ ⎢⎢⎣⎣ ⎡⎡ −− ⎥⎥⎦⎦ ⎤⎤ ⎢⎢⎣⎣ ⎡⎡ −−

==

T

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

L = Panjang Holding Tube Panjang Holding Tube

MPTP – IPB ILUSTRASI ILUSTRASI 140 140oo_C_C Diketahui:

Diketahui: DD121.1121.1= 1 menit= 1 menit Z = 10

Z = 10oo_C_C

Cek: Apakah kondisi sterisasi komersial Cek: Apakah kondisi sterisasi komersial telah tercapai? (Proses 12 D)

telah tercapai? (Proses 12 D)

0 0 2323 Waktu (detik) Waktu (detik) 5 5 1515 Jawab : Jawab : Proses 12 D Proses 12 D →→FFoo= 12 D= 12 D121.1121.1 F F00= 12 menit= 12 menit ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ −− == Z Z T T 1 1 .. 121 121 10 10 tt F F00 ho ho min min ∴

∴Sterilisasi komersial telah tercapaiSterilisasi komersial telah tercapai menit menit 12.9 12.9 dt dt 2 2 .. 776 776 10 10 140 140 --121.1 121.1 10 10 dt dt 10 10 F F00 == == ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ ==

(17)

PEMANASAN LANGSUNG DENGAN CULINARY STEAM PEMANASAN LANGSUNG DENGAN CULINARY STEAM

••STEAM INJECTIONSTEAM INJECTION ••STEAM INFUSIONSTEAM INFUSION Rule of Thumb

Rule of Thumb →→Pengenceran Pengenceran ≈≈10%10%

→ →FormulasiFormulasi → →FormulasiFormulasi → →EvaporasiEvaporasi

+

Low initial costLow initial cost

Pemanasan sangat cepat (instaneously!) Pemanasan sangat cepat (instaneously!) Pergerakan minimum

Pergerakan minimum Keperluan ruang minimum Keperluan ruang minimum No moving part

No moving part

MPTP – IPB g p g p

–

PengenceranPengenceran Culinary Steam:

Culinary Steam: Boiler?Boiler?

Pengendalian “Boiler Chemical” Pengendalian “Boiler Chemical” Sulit Pengendalian T: aspek Trial & Erros

(18)

Trend of

Alternative Food

Processing Technologies

…… ift’s report

MPTP – IPB

http://www.fda.gov/Food/ScienceResearch/ResearchAreas/SafePracticesforFoodProce sses/ucm100158.htm

(19)

MPTP – IPB

(20)

Alternative Food Processing Technologies

• Microwave and Radio Frequency

• Ohmic and Inductive Heating

• High Pressure Processing

• Pulsed Electric Field

• High Voltage Arc Discharge

• Pulsed Light

MPTP – IPB g • Ultraviolet Light • Ultrasound • X-Rays http://www.fda.gov/Food/ScienceResearch/ResearchAreas/SafePracticesforFoodProcesses/ucm100158.htm

(21)

(22)

Berpeluang

mengganggu

Gelombang mikro

Berdekatan dan

Tumpang tindih

Penggunaan MW

perlu diatur

PENGGUNAAN GEL MIKRO (MICROWAVE/MW)

UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI :

proses

komunikasi

Tumpang tindih

Dengan kisaran

Gelombang radio

oleh badan

yang berwenang,

Mis.

Di AS : Federal Communication Commission

memperbolehkan pemakaian 4 frekuensi MW : 22150, 5800, 2450 dan 915 MHz

MPTP – IPB

22150, 5800, 2450 dan 915 MHz Paling banyak : 915 dan 2450 MHz Inggris : 915 dan 2450 MHz

Jerman : 27,12; 433,92 dan 2450 MHz Eropa Timur: 2375 MHz

dipantulkan oleh metal

diserap (diubah menjadi panas) oleh dielektrik : internal heating (Molecular friction).

PEMANASAN DIELEKTRIK (& GEL MIKRO)

δ

Generator (Oscilator)

+/-Bahan pangan

H

O

δ

-δ

+

δ

+

δ

+

δ

+

δ

-“Perub. Orientasi polarisasi”

+/-+

+

Ionic displacement

(23)

Listrik Konversi Energi Panas

P = 2

π(ε

(

_o

)(

ε

’) tan

δ

E

2

_f

o

)( )

P = 5.56x10

-13 (_ε

_{’) tan}

δ

_E

2

_f

P = jumlah panas yang diproduksi per satuan volume [=] W/m3

εo= permitivity of free space

ε’ = konstanta dielektrik

(sifat fisik bahan yang berhubungan dengan polaritas atau Σdipole)

MPTP – IPB

δ= loss angle

E = kekuatan medan listrik [=] volts/m f = frekuensi (hz, s-1₎

ε’ tan δ= ε’’ = loss factor

LOSS FACTOR

∈ε

” = f (SUHU, FREKUENSI)

35 Mashed Potatoes 5 10 15 20 25 30 35 20 40 60 80 100 120 140 160 450 MHz 900 MHz 2700 MH Cooked carrots H2O -20 0 20 40 60 0 5 -20 20 40 60 0 20 2700 MHz SUHU (o_C) 2 SUHU (o_C)

(24)

DAYA PENETRASI GEL MIKRO = d

tan

δ

ε

'

2 π

λ

d

=

o λ_o= panjang gelombang Kedalaman penetrasi, d[=] cm Kadar air ε’ 915 MHz 2450 MHz

MPTP – IPB

tinggi 15 8,4 3,1

sedang 4 11,7 4,4

rendah 1,5 22,1 8,2

PENINGKATAN SUHU DALAM PRODUK

Jumlah panas yang diperlukan

untuk meningkatkan suhu produk sebesar ΔT Q = mc ΔT

Q = ρVcΔT atau

ΔT= Q/ρVc

dimana V = volume

Jumlah panas yang diproduksi oleh pemanasan gel mikro : Q = PVΔt Q = (5.56 x 10-13 ε_{” E}2_f)VΔ_t Jadi, ΔT = 5.56 x 10-13 ε” c E 2_fΔ_t

untuk pemanasan gel mikro yang sama,

ρc

ΔT = ≈ ε”

ρc = f (Komponen bahan pangan)

(25)

Konfigurasi sistem sterilisasi/pasteurisasi dgn pemanasan

dielektrik dan gelombang mikro

MW Generator Waveguide Treatment Chamber Conveyor belt

MPTP – IPB

MW generator (magnetron) : merubah energi listrik menjadi gel. Mikro Waveguide : memfocuskan pancaran m.w (terowongan dari tabung Al) Treatment chamber: ruang tertutup/terlindung oleh logam

KARAKTERISTIK PEMANASAN GEL MIKRO

• Memanaskan daerah yang mengandung air • Pemanasan berlangsung cepat

• Tidak menyebabkan “gosong”pada permukaan • Mudah/Praktis

APLIKASI SPESIFIK PEMANASAN GEL. MIKRO :

•

Cocok untuk mengeringkan bahan setengah kering

Contoh : Pasta

- waktu pengeringan turun dari 8 jam menjadi 90 menit - jumlah bakteri 15 kali lebih kecil

- tidak mengalami case hardening - tidak mengalami case hardening Biji-bijian : terutama untuk Benih - meningkatkan laju germinasi

Mengeringkan bagian dalam (tanpa overcooked dipermukaan)

(26)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO (UMUM):

•Rumah tangga : microwave oven

•Komersial

4

Pemanasan tanpa merubah sifat-sifat dasar produk :

th i & d f i (t i )

thawing & defrosing (tempering)

4

Pemanasan dengan merubah sifat-sifat dasar produk : Pengembangan adonan & pemanggangan

Pemblansiran buah/sayuran : inativasi enzim Pemasakan (cooking)

Roasting (untuk kacang-kacangan)

4

Pengeringan : Dehidrasi pada tekanan normal

MPTP – IPB

4

Pengeringan : Dehidrasi pada tekanan normal Dehidrasi pada tekanan vakum

4

Inaktivasi Mikroba :

Sterilisasi & Pasteurisasi (kurang sukses ! : masih dalam penelitian!)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

PEMANGGANGAN

Utama : ~ membantu proses pengeringan lanjut

Proses pemanggangan dimulai dengan oven tradisional (mengg. udara panas) :

Efektif untuk produk dengan kadar air tinggi

Dengan semakin menurunnya kadar air : efektifitas oven menurun

case hardening?! case hardening?!

Pengeringan/pemanggangan selanjutnya : oven gel. Mikro

mengeringkan bag dalam (tanpa “overcooked” di permukaan)

(27)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

THAWING :

☺Konduktivitas panas air < konduktivitas panas es

Proses pencairan : menurunkan proses pindah panas

☺Loss factor air > loss factor es

Proses pencairan : menaikan kadar air dan loss factor >>mempercepat proses pemanasan

MPTP – IPB

p p p p

☺Problem : Pada bahan baku yang ukuran besar - proses pencairan tidak seragam

- mengakibatkan overcooked pada bagian ttt

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

DEFROSTING :

Menaikan suhu produk beku: -20o_{C menjadi -3}o_C

Untuk daging dan mentega mempermudah penanganan (slicing) Minimum overcooked

Cepat : ..._{> daging dapat didefrost selama 10 menit}

(tradisional: beberapa hari pada cold room) Minimum perubahan phase

Minimum drip loss (kehilangan karena penetesan)

Mutu meningkat: lebih higienik, lebih cepat, dapat dilakukan di dalam box (pengemas)

Ruang yang diperlukan sedikit Ekonomis

(28)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

DEHIDRASI :

VS. PEMANASAN TRADISIONAL/UDARA PANAS :

Pindah panas turun :

thermal conductivity turun pada bahan pangan kering

Semakin lama waktu pengeringan mutu sensori dan mutu gizi turun

Oksidasi tinggi : mengakibatkan warna dan vitamin menurun. Untuk produk dengan kadar pufa tinggi, terjadi ketengikan

Case hardening : perubahan karakteristik permukaan

MPTP – IPB

>> keras, susah ditembus oleh panas/uap air (kualitas produk menurun)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

DEHIDRASI :

VS. PEMANASAN GELOMBANG MIKRO :

Memanaskan bahan dari dalam :

Tidak ada masalah ttg konduktivitas panas

Tidak memanaskan udara : mrengurangi ksidasi rendah Tidak terjadi case hardening

(pindah massa/uap air ..._{> lancar)}

Umumnya dipakai untuk mengeringkan semi/partly dried foods Umumnya dipakai untuk mengeringkan semi/partly dried foods, dimana gel. Mikro akan tetap memanaskan daerah yang masih basah, tanpa mempengaruhi daerah/bagian yang sudah kering.

(29)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO : LAIN-LAIN

Masih dalam taraf penelitian:

Blansir, Pasteurisasi, Sterilisasi

PENGARUH GELOMBANG MIKRO TERHADAP BAHAN PANGAN :

tidak ada pengaruh langsung pada mikroorganisme waktu proses menurun

MPTP – IPB

waktu proses menurun

retensi gizi lebih baik (prinsip HTST)

PEMANASAN OHMIC

S

PowerPowerSupplySupply BAHAN BAHAN elektroda elektroda

S

SupplySupply

P : laju jumlah panas yang diproduksi P : laju jumlah panas yang diproduksi

per satuan volume (W.m

per satuan volume (W.m--33₎₎

E : kekuatan medan listrik (Volt cm

E : kekuatan medan listrik (Volt cm--11₎₎

k

kee: konduktivitas listrik (ohm: konduktivitas listrik (ohm--11/m/m, , S/m)S/m) I : densitas arus listrik (amps/m

I : densitas arus listrik (amps/m22₎₎

P = I P = I22_R_R P = I P = I22_k_k e e--11 I = k I = k_e_eELEL--11

R : tahanan listrik (ohm

R : tahanan listrik (ohm--11₎₎

-- kecepatan pemanasan tergantung pada nilai kkecepatan pemanasan tergantung pada nilai k_e_ebahan panganbahan pangan

-- kkeebahan pangan =f(kadar air, garam ionik dan asam)bahan pangan =f(kadar air, garam ionik dan asam)

-- kkeebahan pangan cair >> kbahan pangan cair >> keebahan padatbahan padat

(30)

Arah perambatan panas, Q Arah perambatan panas, Q

⎤⎤ ⎡⎡ _⎛⎛ _⎞⎞22 2 2 P P == 2 2 Pr Pr Q(r) Q(r) rr ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦⎦ ⎤⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣⎣ ⎡⎡ ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ −− == −− ₀₀ 22 R R rr 1 1 4k 4k Pr Pr T T T T

Kenaikan suhu maksimum Kenaikan suhu maksimum

4k

PR

T

2 2 o o max max

−−

==

k = konduktivitas panas k = konduktivitas panas

MPTP – IPB

Kenaikan suhu rata Kenaikan suhu rata--ratarata

4k

8k

PR

T

2 2 0 0

==

−−

Contoh : Contoh :

Sebuah bahan berbentuk silinder dengan diameter 2R dan panjang Sebuah bahan berbentuk silinder dengan diameter 2R dan panjang L. Berapa

L. Berapa Δ Δ voltase (E) yang perlu diberikan supaya terjadi voltase (E) yang perlu diberikan supaya terjadi peningkatan suhu di pusat bahan sebesar (T

peningkatan suhu di pusat bahan sebesar (Tmaxmax--TT00))ooC, dimana suhu C, dimana suhu

awal = T awal = T00.. J b J b

T

PR

2 2

==

Jawab : Jawab : Gunakan Gunakan persamaan persamaan peningkatan suhu peningkatan suhu

k

R

E

R

L

E

k

T

ee 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 e e 0 0 max max

⎟⎟

_⎠⎠

⎞⎞

⎜⎜

⎝⎝

⎛⎛

⎟⎟⎟⎟

⎠⎠

⎞⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝⎝

⎛⎛

==

⎟⎟

⎠⎠

⎞⎞

⎜⎜

⎝⎝

⎛⎛

==

−−

L

E

k

II

,,

k

4k

R

II

T

ee e e 2 2 2 2 0 0 max max

−−

==

4k

T

_max_max

−−

₀₀

==

))

T

(T

T

k

R

L

2

2 E

E

Jadi,

0 0 max max 0 0 0 0 e e

−−

⎟⎟

⎠⎠

⎞⎞

⎜⎜

⎝⎝

⎛⎛

==

k

4L

k

4k

_e_e 22 0 0 max max

⎟⎟

⎜⎜

_⎝⎝

⎟⎟

_⎠⎠

⎠⎠

⎜⎜

⎝⎝

(31)

PERBANDINGAN ANTARA PEMANASAN GEL MIKRO DAN OHMIC PERBANDINGAN ANTARA PEMANASAN GEL MIKRO DAN OHMIC

Kriteria

Kriteria PemanasanPemanasan PemanasanPemanasan Gel Mikro

Gel Mikro OhmicOhmic

Konduktivitas listrik

Konduktivitas listrik 0.250.25--44 0.0050.005--1.21.2 (siemen/m)

(siemen/m)

Generasi Panas untuk Generasi Panas untuk medan listrik 20 V/m medan listrik 20 V/m 11--1616 0.020.02--55 (W/cm (W/cm33₎₎ Kenaikan suhu Kenaikan suhu 0.250.25--4*4* 0.0040.004--1.2*1.2*

MPTP – IPB

((oo_C/sec)_C/sec)

* kenaikan suhu di permukaan kaleng pada proses pemanasan * kenaikan suhu di permukaan kaleng pada proses pemanasan

retort adalah sekitar 0.2 retort adalah sekitar 0.2oo_C/sec_C/sec

Vs PEMANASAN OHMIC & GELOMBANG MIKRO Vs PEMANASAN OHMIC & GELOMBANG MIKRO

Mirip dengan pemanasan gel. Mikro : Mirip dengan pemanasan gel. Mikro : Mirip dengan pemanasan gel. Mikro : Mirip dengan pemanasan gel. Mikro :

Konversi enegi listrik menjadi energi panas Konversi enegi listrik menjadi energi panas Penetrasi panas/daya penetrasi : tidak terbatas Penetrasi panas/daya penetrasi : tidak terbatas Suhu dalam bahan pangan merata (

Suhu dalam bahan pangan merata (∇∇T T ≈≈0)0) Tidak perlu “pengadukan”

Tidak perlu “pengadukan”

Cocok untuk memanaskan bahan pangan cair dgn partikulat : Cocok untuk memanaskan bahan pangan cair dgn partikulat :

sop dll. sop dll.

(32)

MPTP – IPB

Bahan

Bahan nilai knilai kee(s/m)(s/m)

Air murni (25

Air murni (25oo_C)_C) _5,7x10_5,7x10--66

Nilai konduktivitas listrik beberapa bahan

Air murni (25 Air murni (25 C)C) 5,7x105,7x10 Asam sulfat (25 Asam sulfat (25oo_C)_{C) 1}₁ kentang(19 kentang(19oo_C)_C) _0.037_0.037 wortel (19 wortel (19oo_C)_C) _0,041_0,041 kacang kapri (19 kacang kapri (19oo_C)_C) _0.17_0.17 daging sapi (19 daging sapi (19oo_C)_C) _0,42_0,42 Larutan pati (5 5% 19 Larutan pati (5 5% 19oo_C)_C) Larutan pati (5,5%, 19 Larutan pati (5,5%, 19 C)C) + garam 0.2% + garam 0.2% 0,340,34 + garam 0,55% + garam 0,55% 1,31,3 + garam 2% + garam 2% 4,34,3

(33)

MPTP – IPB

Elektroda 4

KONFIGURASI SISTEM PEMANAS OHMIC

Elektroda 3

Elektroda 1 Elektroda 2 Elektroda 2

(34)

(35)

High hydrostatic pressure

MPTP – IPB

(Ultra) high pressure processing

Historical Timeline

1895 H. Royer uses high pressure to kill bacteria.

High hydrostatic pressure

1899 Bert H. Hite at the West Virginia Agricultural Experimental Station examined pressure effects on milk, meat, fruits and vegetables. 1914 P. W. Bridgman coagulated egg albumen under high pressure. 1990 First commercial products like fruit juices, jams, fruit toppings and

tenderized meats introduced in Japan. 1995 Orange juice commercialized in France.

1997 Market introduction of guacamole in the US and sliced cooked g ham in Spain.

1999 Oysters introduced in the US.

(36)

• Foods "pasteurized" by HHP undergo pressures of

High hydrostatic pressure

Foods pasteurized by HHP undergo pressures of

up to 80,000 psi at or near ambient temperatures

(under 45°C).

• Under these conditions, HHP is effective in

inactivating most vegetative pathogens commonly

found in the foods.

• Commercially available HHP-processed products in

E

d A i i

l d j i

j

j lli

t

MPTP – IPB

Europe and Asia include juices, jams, jellies, meat

and yogurts.

• Consumers in this country can buy HPP-processed

guacamole and oysters.

High hydrostatic pressure

• There is significant commercial interest in

development of other products.

• Food processed by HHP reportedly has better

retention of flavor, texture, color, and nutrients.

• The processing cost is slightly higher (two to three

cents per pound) than for conventional processes

cents per pound) than for conventional processes.

(37)

High hydrostatic pressure

How High ??

Two elephants balanced on a

piston with a cross section of

a dime will create a pressure

of 400 Mega Pascal (Mpa).

MPTP – IPB

g

( p )

This is approximately 60,000

pounds per square inch.

High hydrostatic pressure

• High Pressure can kill microorganisms by

High Pressure can kill microorganisms by

interrupting with their cellular function

without the use of heat that can damage the

taste, texture, and nutritional value of the

food.

(38)

High hydrostatic pressure

• The "mechanism" of high-pressure based bacteria kill is low

d d

t

t th f

ti

f

h

i

l

MPTP – IPB

energy and does not promote the formation of new chemical

compounds, "radiolytic" by-products, or free-radicals.

• Vitamins, texture and flavor are basically unchanged.

• For example, enzymes can remain active in high pressure

produced orange juice.

High hydrostatic pressure

... the system

• This 35-liter high-pressure batch

unit from Flow International can

process up to 700 lbs. an hour and

is designed for prepackaged

products such as bottled juices.

• Units with capacities up to 300

liters are available.

• Food scientists are optimistic

about hydrostatic pressure's ability

to extend shelf life and produce

safe food

.

(39)

High hydrostatic pressure

... the system

MPTP – IPB

Industrial High Pressure Food Processors

Complete systems are offered for bulk and in container

High hydrostatic pressure

Complete systems are offered for bulk and in container

processes.

(40)

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Preservation

Elimination or substantial reduction of spoilage

microorganisms and enzymes for

shelf life

extension

of refrigerated food products with

superior

MPTP – IPB

sensory quality,

e.g. juices, jams, guacamole, salsa,

meat & dairy products, seafood

(commercialized)

Acidified and low-acid shelf-stable products (under

development)

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Food safety

Elimination of pathogens: e.g. Listeriain meat products, Salmonellain eggs and poultry, Vibrioin oysters

Hypotheses for vegetative cell inactivation...

- denaturation of proteins and enzymes d f DNA li i & i i - damage of DNA replication & transcription - solidification of membrane (phospho)lipids - breakage of bio-membranes (cell leakage)

Sporesare very resistant to pressure, but can be destroyed by combining pressure with elevated temperatures

(41)

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

• Juice tests have shown that food

pathogens such as salmonellaand E.coli

0157:H7 can be effectively destroyed without changing the fruit juice's fresh,

Fruit Juice treated with HHP

MPTP – IPB

g g j ,

natural characteristics.

• A pressure exposure of 80,000 psi for 30 seconds can achieve a 3-5 log reduction of all of the pathogens of concern in fresh juice

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

• Another example of food safety is the destruction of Vibriobacteria in raw oysters without destroying the raw feel and taste of the oyster.

• A pressure of 200 to 300 MPa for 5 to 15 minutes at 25C inactivated :

·Vibrio parahaemolyticusATCC 17803

Oyster treated by HHP

· Vibrio parahaemolyticusATCC 17803,

·Vibrio vulnificusATCC 27562,

· Vibrio choleareATCC 14035,

· Vibrio cholearenon-O:1 ATCC 14547,

· Vibrio hollisaeATCC 33564

· Vibrio mimicusATCC 33653

(from: "D. Berlin, D. Herson, D. Hicks, and D. Hoover; Applied and Environmental Microbiology, June 1999“)

(42)

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Pressure shucked raw clams. Pressure not only destroys the vibrio family of bacteria that can be found in shellfish,

Oyster treated by HHP

MPTP – IPB

but also detaches the meat from the shell, saving labor and increasing production efficiency.

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Styrofoam cup subjected to 40,000 psi, sliced ham, and fruit pack (with juice) subjected to 80,000 psi.

(43)

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Texturization

As an alternative to heat processing texturization can

be accomplished by exposing

protein

(e.g. egg, whey,

soy) and

hydrocolloid

(e.g. pectin, starch) solutions

MPTP – IPB

y)

y

( g p

,

)

to hydrostatic pressure. The resulting gels are

characterized by uniquely different textures.

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

High hydrostatic pressure

Heat-sensitive compounds

HPP offers the unique potential to stabilize products

with

heat-sensitive components

(e.g. flavors,

nutrients, biologically active compounds).

Biotechnology

Specific

enzymes

can be activated under pressure

leading to enhanced reaction rates and shorter

process times.

(44)

Commercial High-Pressure

High hydrostatic pressure

Processed products

marketed in Japan, Europe

and the United States

MPTP – IPB

Guacamole & Salsas Avomex (Keller, TX)

Commercial High-Pressure

High hydrostatic pressure

Processed products

marketed in Japan, Europe

and the United States

(45)

Commercial High-Pressure

High hydrostatic pressure

Processed products

marketed in Japan, Europe

and the United States

MPTP – IPB

Jams & Fruit Toppings

(Japan)

High hydrostatic pressure

Examples of products commercialised in Europe and treated on HYPERBAR installations supplied by ACB

ULTI / PAMPRYL (Groupe PERNOD-RICARD) - France freshey squeezed fruit juice Fresh pressed

ESPUNA - Spain – sliced cooked ham

(46)

Effect of pressure is very similar to the effect of temperature in thermal processes

High hydrostatic pressure

Figure. Change in inactivation of

Z h b ilii i h

MPTP – IPB

Zygosaccharomyces bailiiwith pressure.

Note that 345 MPa = 50,000 psi. (Enrique Palou, GRA, BSysE Dept., WSU)

Thermally-assisted high-pressure lifts quality of shelf-stable foods Process Variables for Optimum Quality

High hydrostatic pressure

Tempera-ture Pressure Products

90°C 700 MPa Main meal entrees, meats, pasta dishes, _{most vegetables, sauces, cheese, soups,} stews, flavored milk drinks

80°C 830 MPa Whole potatoes, most vegetables

70°C 1,000 MPa All potato products, all vegetables,

seafood

60°C 1,240 MPa Eggs, milk

(47)

What's needed to commercialize UHP for sterilizing shelf-stable products? Thermally-assisted high-pressure lifts quality of shelf-stable foods

High hydrostatic pressure

Two things must be done.

1. First, develop the kinetic information necessary to file a petition with the FDA and USDA. To do that, we have to select the most heat and pressure-resistant strain of

Clostridium botulinum.

MPTP – IPB

2. Second, we need commercial-size, inexpensive high-pressure vessels.