Current Issues & Development on Food Process Engineering

(1)

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

MPTP – IPB

Current Issues &

Development on

Food Process Engineering

Purwiyatno Hariyadi

• 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

processes and systems for an efficient food chain

extending from the producer to the consumer

• (R P Singh, Professor of Food Engineering,

University of California at Davis)

(2)

MPTP – IPB

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

systems that manipulate mass, energy, and

information to transform material and energy

into useful form

• (Valentas, Levine and Clark, 1991).

•

• Memperpanjang

Memperpanjang

keawetan

(

long shelf life

)

•

• Ketersediaan

Ketersediaan

lebih

lama

•

• Mudah

Mudah

(

convenience

)

•

• Penampakan

Penampakan

lebih

baik

•

• Tekstur

Tekstur

lebih

baik

•

• Flavor

Flavor

lebih

baik

•

• Gizi

Gizi

lebih

baik

•

• Aman

Aman

-

mikrobiologi

, kimia

,

kimia,

, fisik

fisik,

, psikologis

psikologis

TUJUAN ????

(3)

MPTP – IPB

•

• Bahan mentah berkualitas rendah

Bahan mentah berkualitas rendah

mutu rendah mutu rendah penanganan sembarangan, dll penanganan sembarangan, dll

•

• Proses

Proses

Pengolahan

yang jelek

sanitasi kurang baik

praktek pengolahan kurang baik, dll

•

• Pengemasan

Pengemasan

yang tidak baik

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

•

• Penyimpanan/distribusi

Penyimpanan/distribusi

/ display

kurang

baik

pengendalian suhu tidak baik

pengendalian kelembaban

pengendalian kelembaban kurangkurang

penanganan tidak baik, dll

Bahan

Mentah

Produk

Akhir

TUJUAN ???? =

f(banyak

faktor

)

Berbagai

Food (Process) Engineering

Untuk

Pengawetan

•

• Pemanasan

Pemanasan

•

• Pendinginan

Pendinginan

•

• Pengeringan

Pengeringan

•

• Fermentasi

Fermentasi

•

• Pengaturan

Pengaturan

pH

•

• Penambahan

Penambahan

bahan

pengawet

(4)

MPTP – IPB

merupakan

salah satu teknik

pengawetan

yang sangat

populer

PENGOLAHAN DENGAN SUHU TINGGI

--

memasak

makanan/

cooking

--1810 : Nicholas

1810 : Nicholas Appert

Appert

--

ilmu

pengawetan

makanan

Appertization

(5)

MPTP – IPB

Makhluk hidup tidak dapat tumbuh pada lingkungan

yang ekstrim

Mikroba akan mati jika lingkungan di sekitarnya tidak

mendukung

Cara mengendalikan yang paling mudah adalah

dengan mengatur suhu

Makhluk hidup tidak dapat tumbuh pada lingkungan

yang ekstrim

Mikroba akan mati jika lingkungan di sekitarnya tidak

mendukung

Cara mengendalikan yang paling mudah adalah

dengan mengatur suhu

Mikroba

penyebab

kebusukan

Mikroba

penyebab

kebusukan

PENGOLAHAN DENGAN SUHU TINGGI

THERMAL STERILIZATION OF FOODS

CANNING : Conventional Heat processing/Sterilization

(6)

MPTP – IPB

Dasar Kinetika

Optimasi

Pengolahan

Pangan dengan Panas

Dimana,

Dimana, NN : : kuantitaskuantitas((jumlah/konsentrasijumlah/konsentrasi) ) substratsubstratatau m.oatau m.o N

N₀0 : : kuantitaskuantitasawalawal

t

t : : periodeperiode(lama) reaksi(lama) reaksi

A

A : : konstantakonstantaArrhenius (Arrhenius (faktorfaktorfrekuensifrekuensi))

Ea

Ea : energi aktivasi: energi aktivasi R

R : : konstantakonstantagasgas k

k : : konstantakonstantalaju reaksilaju reaksi

T

T : : suhusuhumutlakmutlak(dalam K)(dalam K) kN kN dt dt dN dN₌₌₋₋ Pers. 1 Pers. 1 t t 303 303 , , 2 2 k k -N N log log N N log log 00 ⎟⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ = = Pers. 2Pers. 2 ⎟ ⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛

=

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

1/T

Log k

Kemiringan = -Ea1/R

1

(7)

MPTP – IPB

Ketahanan

berbagai

komponen pangan

terhadap

suhu

Ingat

:

k

………………....……..

_{> D}

E

_a_a……………………

_{> Z}

Komponen

Komponen NilaiNilaiZ (Z (oo_F_F₎₎ _Nilai_Nilai_E_E a

a(Kcal/mol)(Kcal/mol) NilaiNilaiDD121121((menitmenit))

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 vegetatif Sel vegetatif 8 8 --1212 100 100 --120120 0.002 0.002 --0.020.02 Spora Spora 12 12 --2222 53 53 --8383 0.1 0.1 --5.05.0 Lund (1977) Lund (1977) Komponen

Komponen NilaiNilaiZ (Z (oo_F_F₎₎ _Nilai_Nilai_E_E a

a(Kcal/mol)(Kcal/mol) NilaiNilaiDD121121((menitmenit))

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 vegetatif Sel vegetatif 8 8 --1212 100 100 --120120 0.002 0.002 --0.020.02 Spora Spora 12 12 --2222 53 53 --8383 0.1 0.1 --5.05.0 Lund (1977) Lund (1977)

1/T

Log k

Kemiringan = -Ea1/R

1

Kemiringan = -E_a2/R; E_a1>E_a2

Pengaruh suhu thd kecepatan reaksi ?

2

(8)

MPTP – IPB

T₁

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T₁

Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2>T1??? T₂>T₁ D1

D1

Semakin tinggi T ..._{> semakin kecil nilai D} D=f(T)

KINETIKA

KINETIKA ..._{>D = f(T)}

Nilai Z adalah perubahan suhu (ΔT) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log Nilai Z = 18o_{F = ?}o_C Secara empiris: ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡

=

Z T -121.1 0

10 D

D

Z T -1 . 121 D D log 0 =

(9)

Purwiyatno Hariyadi/Isue Mutakhir Industri Pangan-new tech?? MPTP – IPB Suhu (o_C) 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 0 50 100 150 200 Nilai D (menit) B A

KINETIKA ..._{> 2 parameter kinetika}

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

Misal

Mikroba A mempunyai D_A,250F= 0.5 menit Mikroba B mempunyai D_B,250F= 1 menit Apa artinya?

Z_A= 10o_{C; Z}

B= 20oC

Suhu (C) D_A(menit) D_B(Menit)

80.1 5000 100 90.1 500 121.1 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 5 101.1 50 10 D_A=D_B D_A<D_B D_A>D_B

(10)

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 Konvensional Konvensional:: --h, k rendahh, k rendah --pengaruhpengaruh bahan bahan pengemas pengemas Teknik/Kiat Teknik/Kiat “ “BARUBARU””

(11)

MPTP – IPB

Kiat

-

kiat

baru

:

Teknik

Sterilisasi/Pasteurisasi

Mutakhir

?

Arah

Proses

sterilisasi

yang

sinambung

: Aseptic Processing

Pemanasan

Pemanasan LangsungLangsung Steam Injection

Steam Injection

Steam Infusion

Di(electric

Di(electric) & Microwave heating) & Microwave heating

Pemanasan Tidak

Pemanasan Tidak LangsungLangsung

Pemilihan

Pemilihandan dan optimasioptimasiHEHE

**ASEPTIC THERMAL PROCESSING*)**

(12)

MPTP – IPB

ASEPTIC THERMAL PROCESSING

KEUNTUNGAN:

•

• Proses

Proses

sinambung

•

• Pemanasan dan

Pemanasan dan

pendinginan

lebih

cepat

(

tidak

ada

penghalang

panas oleh

pengemas

)

•

• Lebih

Lebih

hemat

energi

•

• Pilihan

Pilihan

bahan

pengemas

lebih

bervariasi

•

• “

“

CIP

”

PROFIL LAJU ALIRAN

→

SHP: COLDEST POINT

ALIRAN LAMINAR, ALIRAN LAMINAR, Re < 2100Re < 2100 V V_max_max= 2= 2 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 > v

(13)

MPTP – IPB

NON

NON --NEWTONIAN ?NEWTONIAN ?

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 −− − − ⎟ ⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ + + ρ ρ = = dr dr dV dV K K ⎟⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ = = τ τ Generalized Re Generalized Re Untuk

Untuk aliranaliranlaminar: laminar: ⎟⎟

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

FDA: PerhitunganPerhitunganProses Proses TermalTermal; ; letalitasletalitas hanya

hanyadidasarkandidasarkanpada pemanasan pada Holding Tubepada pemanasan pada Holding Tube

Sumber

Air

Air DinginDingin Produk Produk Mentah Mentah Produk Produk Steril Steril Holding Holding Tube Tube SSHE SSHE SSHE SSHE Sumber

SumberUap PanasUap Panas

Positive

Displ

Displ. Pump. Pump

T

(14)

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

v

2

2 L

L

10

1

10

10 t

t

F

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

=

T

Tho_ho== SuhuSuhupada Holding Tube (pada Holding Tube (diukurdiukurpada pada ““outletoutlet””))

L =

(15)

Purwiyatno Hariyadi/Isue Mutakhir Industri Pangan-new tech?? MPTP – IPB ILUSTRASI ILUSTRASI 140 140oo_C_C 0 0 2323 Waktu Waktu((detikdetik))

Diketahui

Diketahui: : DD121.1_121.1= 1 = 1 menitmenit

Z = 10

Z = 10oo_C_C

Cek

Cek: : ApakahApakahkondisi kondisi sterisasisterisasikomersialkomersial

telah

telah tercapaitercapai? (Proses 12 D)? (Proses 12 D)

5 5 1515 Jawab Jawab:: Proses 12 D Proses 12 D →→FF_o_o= 12 D= 12 D_121.1_121.1 F F₀0= 12 = 12 menitmenit ∴

∴SterilisasiSterilisasikomersialkomersialtelah telah tercapaitercapai

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 == == ⎟ ⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ = = ⎟ ⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ −− = = Z Z T T 1 1 . . 121 121 10 10 t t F F₀₀ ho ho min min

PEMANASAN LANGSUNG DENGAN CULINARY STEAM

•

•STEAM INJECTIONSTEAM INJECTION

•

•STEAM INFUSIONSTEAM INFUSION

Rule of Thumb

Rule of Thumb →→PengenceranPengenceran≈≈10%10%

→

→FormulasiFormulasi

→

→EvaporasiEvaporasi

+

Low initial costLow initial cost

Pemanasan

Pemanasan sangatsangatcepatcepat((instaneouslyinstaneously!)!)

Pergerakan minimum

Keperluan

Keperluan ruangruangminimumminimum No moving part

No moving part

–

PengenceranPengenceran Culinary Steam:

Culinary Steam: Boiler?Boiler? Pengendalian

Pengendalian““Boiler ChemicalBoiler Chemical””

Sulit

(16)

Trend of

Alternative Food

Processing Technologies

…… ift’s report

(17)

MPTP – IPB

•

Microwave and Radio Frequency

•

Ohmic and Inductive Heating

•

High Pressure Processing

•

Pulsed Electric Field

•

High Voltage Arc Discharge

•

Pulsed Light

•

Oscillating Magnetic Fields

•

Ultraviolet Light

•

Ultrasound

(18)

(19)

Berpeluang

mengganggu

proses

komunikasi

Gelombang mikro

Berdekatan dan

Tumpang tindih

Dengan kisaran

Gelombang radio

Penggunaan MW

perlu diatur

oleh badan

yang berwenang,

Mis.

Di AS : Federal Communication Commission memperbolehkan pemakaian 4 frekuensi MW : 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

PENGGUNAAN GEL MIKRO (MICROWAVE/MW)

UNTUK KEPERLUAN INDUSTRI :

(20)

MPTP – IPB

dipantulkan oleh metal

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

PEMANASAN DIELEKTRIK (& GEL MIKRO)

Generator (Oscilator)

+/-Bahan pangan

H

O

δ

-δ

+

δ

+

δ

+

δ

+

δ

-+

+

“Perub. Orientasi polarisasi” Ionic displacement

Listrik Konversi Energi Panas

P = 2

π(ε

_o

)(

ε

’) tan

δ

E

2

_f

P = 5.56x10

-13 (_ε

_{’) tan}

δ

_E

2

_f

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

ε_o= permitivity of free space ε’ = konstanta dielektrik

(sifat fisik bahan yang berhubungan dengan polaritas atau Σdipole) δ= loss angle

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

(21)

LOSS FACTOR

∈ε

” = f (SUHU, FREKUENSI)

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

DAYA PENETRASI GEL MIKRO = d

tan

δ

ε

'

2 π

λ

d

=

o λo= panjang gelombang Kedalaman penetrasi, d[=] cm Kadar air ε’ 915 MHz 2450 MHz tinggi 15 8,4 3,1 sedang 4 11,7 4,4 rendah 1,5 22,1 8,2

(22)

MPTP – IPB

PENINGKATAN SUHU DALAM PRODUK Jumlah panas yang diperlukan

untuk meningkatkan suhu produk sebesarΔT 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

untuk pemanasan gel mikro yang sama, ε”

ρc E 2_fΔ_t

ΔT = ≈ ε”

ρc = f (Komponen bahan pangan)

homogenitas pemanasan = homogenitas bahan pangan

Konfigurasi sistem sterilisasi/pasteurisasi dgn pemanasan

dielektrik dan gelombang mikro

MW Generator Waveguide Treatment Chamber Conveyor belt

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

(23)

MPTP – IPB

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 Biji-bijian : terutama untuk Benih - meningkatkan laju germinasi

Mengeringkan bagian dalam (tanpa overcooked dipermukaan)

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO (UMUM):

•Rumah tangga : microwave oven

•Komersial

4

Pemanasan tanpa merubah sifat-sifat dasar produk :

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 Dehidrasi pada tekanan vakum

4

Inaktivasi Mikroba :

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

(24)

MPTP – IPB

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?!

Pengeringan/pemanggangan selanjutnya : oven gel. Mikro

mengeringkan bag dalam (tanpa “overcooked” di permukaan)

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

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

(25)

MPTP – IPB

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

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

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

(26)

MPTP – IPB

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, dimana gel. Mikro akan tetap memanaskan daerah yang masih basah, tanpa mempengaruhi daerah/bagian yang sudah kering. Mahal

APLIKASI PEMANASAN GEL. MIKRO PADA PROSES

DEHIDRASI :

VS. PEMANASAN GELOMBANG MIKRO :

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

(27)

PEMANASAN OHMIC

S

PowerPower Supply Supply BAHAN BAHAN elektroda elektroda P : laju

P : laju jumlahjumlahpanas yang panas yang diproduksidiproduksi per

per satuansatuanvolume (W.mvolume (W.m--33₎₎

E :

E : kekuatankekuatanmedanmedanlistriklistrik(Volt cm(Volt cm--11₎₎

k

k_e_e: : konduktivitaskonduktivitaslistriklistrik(ohm(ohm--11_/m_/m, , _S/m)_S/m)

I :

I : densitasdensitasarusaruslistriklistrik(amps/m(amps/m22₎₎

R :

R : tahanantahananlistriklistrik(ohm(ohm--11₎₎

P = I P = I22_R_R

--kecepatan pemanasan kecepatan pemanasan tergantungtergantungpada pada nilainilaikk_e_ebahan panganbahan pangan

--kk_e_ebahan pangan =f(kadar air, garambahan pangan =f(kadar air, garamionikionikdan asamdan asam))

--kk_e_ebahan pangan cairbahan pangan cair>> k>> k_e_ebahan bahan padatpadat

--minyakminyakdan lemak mempunyaidan lemak mempunyainilainilaikk_e_esangatsangatrendahrendah P = I P = I22_k_k e e--11 I = k I = k_e_eELEL--11 r r Arah

Arah perambatanperambatanpanas, Qpanas, Q

⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎦ ⎤ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎣ ⎡ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎠ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎝ ⎛ ⎛ − − = = − − 2 2 2 2 0 0 R R r r 1 1 4k 4k Pr Pr T T T T = = 2 2 Pr Pr Q(r) Q(r) Kenaikan

Kenaikansuhusuhumaksimummaksimum

Kenaikan

Kenaikansuhusuhuratarata--ratarata

4k

PR

T

2 2 o o max max

−

=

8k

PR

T

2 2 0 0

=

−

k =

(28)

MPTP – IPB

Contoh

Contoh::

Sebuah

Sebuahbahan bahan berbentukberbentuksilindersilinderdengan diameter 2R dan panjang dengan diameter 2R dan panjang

L.

L. BerapaBerapaΔ Δ voltasevoltase(E) yang perlu (E) yang perlu diberikandiberikansupayasupayaterjaditerjadi

peningkatan

peningkatansuhusuhudidipusatpusatbahan bahan sebesarsebesar(T(T_max_max--TT₀₀))oo_{C, dimana}_{C, dimana}_suhu_suhu

awal awal= T= T₀₀.. Jawab Jawab:: Gunakan Gunakan persamaan persamaan peningkatan

peningkatansuhusuhu

)

T

(T

T

k

R

L

2

2 E

E

Jadi

,

0 0 max max 0 0 0 0 e e

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

k

4L

R

E

k

4k

R

L

E

k

T

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

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

−

L

E

k

I

,

k

4k

R

I

T

ee e e 2 2 2 2 0 0 max max

−

=

4k

PR

T

2 2 0 0 max max

−

=

PERBANDINGAN ANTARA PEMANASAN GEL MIKRO DAN OHMIC

Kriteria

Kriteria PemanasanPemanasan PemanasanPemanasan Gel

Gel MikroMikro OhmicOhmic

Konduktivitas

Konduktivitaslistriklistrik 0.250.25--44 0.0050.005--1.21.2 (

(siemen/msiemen/m)) Generasi

GenerasiPanas untukPanas untuk

medan

medanlistriklistrik20 V/m20 V/m 11--1616 0.020.02--55

(W/cm

(W/cm33₎₎

Kenaikan

Kenaikansuhusuhu 0.250.25--4*4* 0.0040.004--1.2*1.2* (

(oo_C_C_/sec)_/sec)

*

* kenaikankenaikansuhusuhudidipermukaanpermukaankalengkalengpada proses pemanasanpada proses pemanasan retort adalah

(29)

MPTP – IPB

Vs PEMANASAN OHMIC & GELOMBANG MIKRO

Mirip

Miripdengan pemanasan gel. dengan pemanasan gel. MikroMikro:: Konversi

Konversienegienegilistriklistrikmenjadi energi panasmenjadi energi panas Penetrasi

Penetrasi panas/dayapanas/dayapenetrasi : tidak penetrasi : tidak terbatasterbatas Suhu

Suhudalam bahan pangan merata (dalam bahan pangan merata (∇∇T T ≈≈0)0)

Tidak perlu

Tidak perlu ““pengadukanpengadukan”” Cocok

Cocokuntuk untuk memanaskanmemanaskanbahan pangan bahan pangan caircairdgndgnpartikulatpartikulat: : sop

(30)

MPTP – IPB

Bahan

Bahan nilainilaikk_e_e(s/m)(s/m) Air

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

Asam

Asamsulfatsulfat(25(25oo_C)_C) ₁₁

kentang(19

kentang(19oo_C)_C) _0.037_0.037

wortel

wortel(19(19oo_C)_C) _0,041_0,041

kacang

kacangkaprikapri(19(19oo_C)_C) _0.17_0.17

daging

dagingsapisapi(19(19oo_C)_C) _0,42_0,42

Larutan

Larutan patipati(5,5%, 19(5,5%, 19oo_C)_C)

+ + garamgaram0.2%0.2% 0,340,34 + + garamgaram0,55%0,55% 1,31,3 + + garamgaram2%2% 4,34,3

Nilai

(31)

Purwiyatno Hariyadi/Isue Mutakhir Industri Pangan-new tech?? MPTP – IPB Elektroda 4 Elektroda 3 Elektroda 2 Elektroda 1 Elektroda 1 Elektroda 2

KONFIGURASI SISTEM PEMANAS OHMIC

(32)

(ULTRA) HIGH

PRESSURE

PROCESSING

~

HIGH

HYDROSTATIC

PRESSURE

(33)

MPTP – IPB

Historical Timeline

1895 H. Royer uses high pressure to kill bacteria.

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 ham in Spain.

1999 Oysters introduced in the US.

2000 Range of salsas launched in the US market.

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

Europe and Asia include juices, jams, jellies, meat

and yogurts.

• Consumers in this country can buy HPP-processed

guacamole and oysters.

(34)

MPTP – IPB

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.

Two elephants balanced on a piston with a cross section of a dime will create a pressure of 400 Mega Pascal (Mpa). This is approximately 60,000 pounds per square inch.

How High ??

(35)

MPTP – IPB

• 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.

HHP processing

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

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.

(36)

MPTP – IPB

HHP 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

.

(37)

MPTP – IPB

Industrial High Pressure Food Processors

Complete systems are offered for bulk and in container

processes.

Preservation

Elimination or substantial reduction of spoilage

microorganisms and enzymes for

shelf life

extension

of refrigerated food products with

superior

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...

(38)

MPTP – IPB

Food safety

Elimination of pathogens

: e.g.

Listeria

in meat products,

Salmonella

in eggs and poultry,

Vibrio

in oysters

Hypotheses for vegetative cell inactivation...

- denaturation of proteins and enzymes

- damage of DNA replication & transcription

- solidification of membrane (phospho)lipids

- breakage of bio-membranes (cell leakage)

Spores

are very resistant to pressure, but can be destroyed

by combining pressure with elevated temperatures

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

• Juice tests have shown that food

pathogens such as

salmonella

and

E.coli

0157:H7 can be effectively

destroyed without changing the

fruit juice's fresh, 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

Fruit Juice treated with HHP

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

(39)

MPTP – IPB

• 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,

·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“)

Oyster treated by HHP

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

Pressure shucked raw clams. Pressure not only destroys the vibrio family of bacteria that can be found in shellfish, but also detaches the meat from the shell, saving labor and increasing production efficiency.

Oyster treated by HHP

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

(40)

MPTP – IPB

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

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

Guacamole & Salsas Avomex (Keller, TX)

Commercial High-Pressure Processed products

marketed in Japan, Europe and the United States

(41)

MPTP – IPB

Commercial High-Pressure Processed products

marketed in Japan, Europe and the United States

Jams & Fruit Toppings

(Japan)

Commercial High-Pressure Processed products

marketed in Japan, Europe and the United States

(42)

MPTP – IPB

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

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 to hydrostatic pressure. The resulting gels

are characterized by uniquely different textures.

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

(43)

MPTP – IPB

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.

Applications for High Pressure Processing are

found in the areas of...

Thermally-assisted high-pressure lifts quality of shelf-stable foods

Process Variables for Optimum Quality

Tempe

rature 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

(44)

MPTP – IPB

Figure. Change in inactivation of Zygosaccharomyces bailiiwith pressure. Note that 345 MPa = 50,000 psi. (Enrique Palou, GRA, BSysE Dept., WSU)

Effect of pressure is very similar to the effect

of temperature in thermal processes

Two things must be done.

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. That work is underway with the Dual Use Science & Technology (DUST) Program 2000 headed by Dr. Patrick Dunne at the U. S. Army Natick Soldier Center in Natick, Mass. Dual use refers to developing the technology for both military and industrial applications.

Second, we need commercial-size, inexpensive high-pressure vessels. Flow International Corp. (Kent, Wash.) is nearest to delivering that right now. They have a 215-liter vessel which is very close to all the critical parameters for delivering a sterile product. They're leading with the technology, and just need to build a vessel to order.