METODE PENEUTIAN
Ternpat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknolog~ Pertanian lnstitut Pertanian Bogor dari bulan Juni-September 2000. Analisa sifat fisik bahan dilakukan di PAU (Pusat Antar Universitas) Pangan dan G i z ~ lnstitut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Mesin Pembeku Vakum
Penelitian dilakukan dengan menggunakan multi - purpose vacuum equipment yang dapat berfungsi sebagai mesin pembeku vakum. Spesifikasi teknis komponen-komponen mesin tersebut adalah sebagai berikut :
I. Ruang pembeku :
Bentuk : s~linder dengan diameter 60 cm dan panjang 50 cm Bahan : besi cor, tebal2 cm
Bahan pintu : acrylic, tebal 6 cm Penyekat panas : bahan styrofoam 2. Pompa vakurn :
Jenis : pompa rotari tipe CRP-500 (Diavac, Ltd) Kapasitas pemompaan : 500 I~ter/menit
Derajat vakum (ultimate pressure) : 1 0-3 torr (mmHg) Motor penggemk : motor ltstrik 3 @ 220 V, daya 0.75 KW
3. Perangkap dingin (coldtrap)
Sistem : pendinginan mekanik (kompresi uap) dengan refrigerasi R-22 Kapasitas pendingin : I 100 W
Koil pendingin : bahan tembaga
Refrigerator : tipe UF-RH 11 30 S (Sanyo)
Alat Ukur
Mesin yang digunakan dilengkapi dengan perangkat ukur yang diperlukan, seperti untuk pengukuran suhu, tekanan dan berat secara otomatis. Parameter yang diukur adalah suhu bahan (suhu bahan pada empat lokasi yaitu bawah, tengah 1, tengah 2 dan atas bahan), suhu coldtrap dan suhu shelf cooling (lempeng sentuh), tekanan ruang pembeku, serta berat bahan pada awal dan akhir percobaan.
Spesifikasi teknis peralatan ukur yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Pengukuran Suhu :
Alat : termokopel type T (CC) Ukuran : 0.3 rnm
2. Pengukuran tekanan a. Baratron type 122 A
Kapasitas : < 100 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.01 mmHg b. Baratron type 127
Kapasitas : < 10 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.001 mmHg
3. Pengukuran berat
Alat : Timbangan elektonik type EK-1200A(AND) Kapasitas : 600 gram
Satuan ukuran terkecil : 0.1 gram
Semua alat ukur tersebut dirangkai dengan pencacah Hybrid Recorder HR- 2400 (Yokogawa) untuk pencatatan data dan green kit 88 yang dihubungkan dengan kornputer dengan interface RS 232C untuk dilihat langsung di layar komputer dan perekaman data digital ke dtsket magnetik.
Mekanisme Kerja Alat Pernbeku Vakum
Mesin pernbeku vakum terdiri dari tiga komponen utama (Gambar 2), yaitu ruang pembeku (vaccum chamber), pompa vakum (vaccum pump) dan perangkap uap. Bahan yang akan dibekukan diletakkan di dalam ruang pembeku yang kedap udara. Udara di dalarn ruang pembeku dipompa keluar dengan menggunakan pompa vakum untuk mendapatkan tekanan ruang yang rendah. Secara alami, udara yang dihisap dari ruang pembeku mengandung uap air, khususnya setelah terjadi penguapan. Uap air yang terbawa tersebut dipisahkan dari udara kering dengan menggunakan perangkap uap, yaitu dengan pengembunan sehingga tidak rnemasuki pornpa vakum sedangkan yang masuk ke pompa vakum hanyalah udara kering. Perangkap uap adalah suatu lilitan pipa (koil) yang mana didalarnnya dialirkan cairan dingin atau refrigeran dari refrigerator. Untuk dapat mengembunkan uap air dari udara, suhu permukaan koil pendingin tersebut harus lebih rendah dari suhu jenuh air pada tekanan di dalam ruang perangkap dingin tersebut.
Ruang Pembeku Vakum Pompa vakum
-
Gambar 2. Mesin pembeku vakum
Wadah Contoh (sample holder)
Wadah contoh yang digunakan berupa silinder plastik dengan diameter 11.3 cm dan tinggt 11.5 cm. Wadah contoh diinsulasi supaya pindah panas hanya terjadi satu arah (dari dasar ke permukaan bahan untuk pembekuan vakum dan dari permukaan ke dasar bafian untuk pembekuan lempeng sentuh). Insulasi menggunakan busa super dengan ketebalan 2 cm. Wadah contoh dilengkapi dengan tutup yang bisa dilepas. Pada bagian atas tutup diberi lubang lubang kecil berdiameter 0.8 mm untuk penguapan air.
Untuk pembekuan vakum, insulasi diberikan pada seluruh keliling dinding luar dan bawah wadah contoh (Gambar 3), sedangkan untuk pembekuan lempeng sentuh, bagian bawah (dasar) wadah contoh diganti dengan aluminium yang nantjnya wadah beserta isinya akan diletakkan di atas lempeng pembeku
Pembekuan vakum Pembekuan lempeng sentuh
Garnbar 3. Skema wadah contoh
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah buah markisa (Passiflofa edulis Stms f. edulis Deg) yang diperoleh dari Pasar Petisah Kotamadya Medan Sumatera Utara.
Prosedur Penelitian dan Pengukuran
Buah rnarkisa djbelah dan dikeluarkan isinya. Isi buah markisa tersebut d~bekukan dengan metode pernbekuan vakum dan pembekuan lernpeng sentuh dengan 3x ulangan.
Pada proses pembekuan vakum, suhu perrnukaan koil perangkap dingin diatur secara otomatis pada kisaran -36 OC,
Urutan prosedur kerja untuk pembekuan vakum adlalah :
1. Perangkat ukur dan refrigerator dihidupkan dan ditunggu sampai suhu permukaan koil mencapai - 36 OC
2. Bahan sebanyak kurang lebih 275 ml (setinggi 3 cm dari dasar wadah) dimasukkan ke dalam wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan di 4 bagian. Letak sensor termokopel adalah seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Titik pengukuran pada bahan
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilgngkapi termokopel dimasukkan dalam ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup, pompa wkum dihiduplmn dBn perekaman data dimulai. 6. Setelah suhu bahan mencapai -27OC, katup pemasukan udara (laek valve)
dibuka dan pompa dimatikan. 7. Bahan dtkeluarkan .
Sedangkan urutan pekerjaan untuk pembekuan lempeng sentuh adalah : 1. Perangkat ukur dan refrigerator dihtdupkan dan ditunggu sampai suhu
permukaan lempeng mencapai - 43 OC
2. Bahan sebanyak 275 ml (setinggi 3 cm dari dasarwadah) dimasukkan ke dalam wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan seperti pada Gambar 4.
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilengkapi termokopel dimasukkan ke dalarn ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup dan perekaman data dimulai.
6. Setelah suhu bahan mencapai -27OCkonstan, bahan dikeluarkan . 7. Data dibaca, direkam ke dalam disket serta dianalisa.
Pengamatan dan Pengolahan Wta Pengamatan
Pada proses pembekuan vakum dan lempeng sentuh ini, pengamatan yang dilakukan adalah perubahan tekanan ruang pembeku, perubahan suhu dan perubahanan berat sebelurn dan setelah pembekuan. Kemudian bahan yang telah dibekukan dianalisa sifat fisiknya yaitu perubahan warnanya. Serta dianalisa sifat kimianya melalui uji proximate untuk melihat kandungan protein dan vitamin C sebelum dan setelah pembekuan.
Perubahan tekanan ruang pembeku, suhu ruangl pembeku diarnati setiap 1 menit sekali hingga akhir percobaan. Sedangkan pencatatan berat dilakukan dengan cara menimbang berat awal bahan sebelum pembekuan dan berat akhir bahan
setelah selesai proses pembekuan. Dtsamping pencatatan data dengan komputer juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit mesin pembeku.
Pengamatan suhu dilakukan antara lain pada permukaan koil perangkap uap (coldtrap), pada permukaan plat pembeku (shelf cooling) dan pada bahan (bagian atas, tengah 1, tengah 2 dan bagian bawah). Disamping pencatatan data dengan komputer juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit mesin pembeku vakum.
Parameter-parameter yang diamat1 digunakan untuk menentukan karakteristik pembekuan vakum yaitu perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air yang diuapkan/disublimasikan dan jumlah air tak beku serta pengaruhnya terhadap mutu (warna, protein dan vitamin C) hasil pembekuan.
Selanjutnya, karakteristik pembekuan vakum tarsebut akan dibandingkan dengan karakteristik pembekuan dengan metoda lain yaitu pembekuan lempeng sentuh (contact plate freezer). Pembandingan juga akan dilakukan terhadap konsumsi energi per satuan massa selama proses pembekuan.
Pengolahan Data
1. Menentukan suhu jenuh air
Tekanan ruang pembeku dikonversikan menjadi suhu jenuh air yang dianggap sebagai suhu media pernbeku pada pebekuan vakum. Hal ini dihitung dengan menggunakan persamaan :
- 2744.807
Lea=
t10.712 ... (1)Tf
Tf
=
suhu mutlak es, (K) (Rothmayer, 1975)2. Menentukan laju Pernbekuan
Laju pembekuan dihitung dengan rnenggunakan definisi dari Lembaga Refrigerasi Internasional (Heldman dan Singh, 1981).
Laju pembekuan : rasio perbandingan jarak minimal antara permukaan produk dengan titik pusat panas dengan waMu yang diperlukan oleh produk pangan untuk mencapai suhu
O°C
pada permukaan bahan hingga rnencapai suhu a 0 C pada pusat panas. 3. Menentukan jumlah air yang diuapkanJurnlah air yang diuapkan dapat dilihat dari jumlah hilangnya berat selarna pembekuan berlangsung, yaitu dengan cara menimbang bahan sebelurn pembekuan dan setelah pembekuan. Hal ini dapat dihitung dengan rumus :
mbo - mbf
mb(%) = x 100% ... . . .. . . .... ... . .... .
..
. . ... . .... ... . . ... . .. .. ... mbodimana, mb = massa bahan (%)
mbo = rnassa bahan sebelum pembekuan (gr) mbt = massa bahan setelah pembekuan (gr) 4. Menentukan fraksi air tak beku
Xa dapat didefinisikan sebagai
dimana, Xa
=
fraksi mol air tak beku To = suhu tjtik beku air (273.15 K) Tb = suhu bahan (K)Mw = berat molekul air (kg/mol) L = panas laten (KJ/kg) Rg = konstanta gas (KJ/mol K) Ma = berat rnolekul air
ma = kadar air dalam produk
Ms = berat molekul padatan dalam produk ms = kadar padatan dalarn produk
5. Konsumsi energi
a. Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan hingga membeku Ql = rncpo(~o - T I ) . . .
.
. . ..
. . . ( 5 )dimana, Q1
=
panas sensibel yang dilepaskan sebelum pembekuan (KJ)m
=
massa bahan (kg)Cpo
=
panas jenis sebelum pembekuan (kJ/kg K) = 0.008 (KA dlm bahan)+
0.20, BTU/lb O F(Winarno, 1993). To
=
suhuawal(K) T I=
suhu titik beku (K)b. Kebutuhan energi untuk mengubah fase cair menjadi fase padat
Q2 = mL ... (6)
dirnana, Q2 = panas laten yang dilepaskan selama pernbekuan (KJ) m = massa bahan rata-rata(kg)
L = panas laten pernbekuan rnarkisa (kJlkg)
Panas laten pembekuan rnarkisa dianggap =ma dengan panas laten pernbekuan air yaitu 144 BTUllb (Winarno, 1993), jika dikonversikan ke sistern rnks adalah 335 kJlkg.
c. Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan dari titik bekunya hingga akhir pembekuan
...
Q3 = r n ~ ~ t ( ~ 2 - T I ) (7)
dimana, Q3 = panas sensibel yang dilepasKan setelah pembekuan (KJ) m
=
rnassa bahan (kg)Cpt = panas jenis bahan di bawah litik beku (kJIkg
K)
=
0.003 (KA dlm bahan)+
0.20, BTUllb O F(Winarrro, 1993) T I
=
suhu titik beku (K)T2 = suhu akhir pembekuan (K)
Total panas yang harus dilepaskan untuk rnembekukan bahan pangan dan menurunkan suhu adalah
Q o = Q l + Q 2 + Q 3 ... (8) (Desrosier, 1988)
Sedangkan daya kompresor pada rnesin refrigeran dihitung dengan rumus : Qkornp = rna(hl- hg
)
... (9)dimana, ma = laju aliran massa (kgldet) Qo = kapasitas pendinginan (KW) qo = efek pendinginan (kJlkg)
h l = entalpi refrigeran pada kondisi liquid (kJ/kg) hg
=
entalpi refrigeran pada kondisi gas (kJ/kg) (Stocker dan Jones, 1987)Kerja coldtrap yang diperlukan untuk mengembunkan uap air dari bahan dihitung dengan rumus :
Qkond = hfg x w ... (11) dimana, hfg= 2483.8 kJ/kg pada tekanan 0.1 torr (tekanan operasi)
=
entalpi perubahan fase gas ke cair pada tekanan 13.3 Pa w = berat es (kg)= berat awal - berat akhir (Heldman dan Singh, 1981 ; Tirtasari, 1996)
Kebutuhan daya untuk pompa vakum 0.75
kw
Penentuan Mutu Hasil Pembekuan
Analisis pengaruh perlakuan proses pembekuan terhadap mutu hasil dtlakukan dengan pengujian laboratorium. Parameter yang diuji sebagai indikator mutu adalah warna dan sifat kimia bahan. Pengukuran warna dilakukan dengan alat chromameter di Laboratoriurn Rekayasa Pangan PAU, sedangkan pengukuran sifat kimia (analisa proximate) dilakukan di Laboratorium Gizi dan Pangan PAU IPB.
