Pendinginan dan Pembekuan PTP 2014

PENDINGINAN

&

KONDISI SUHU RENDAH

• _{Reaksi biokimiawi dalam buah dan sayur lambat}  degradasi bahan

lambat

• _{Pertumbuhan mikroba lambat}  pembusukan mikroba terhambat

• _{Masa simpan panjang} ”kesegaran” lebih lama

• _{Perubahan karakteristik bahan dapat dijaga}

serendah-rendahnya  sedikit terjadi perubahan sensori akibat aktivitas enzim dan mikroba; kandungan nutrisi terjaga/sedikit berubah

• _{Biasanya tidak memerlukan bahan pengawet} 

PENDINGINAN (

COOLING

)

•

_{Penyimpanan bahan pangan di atas suhu}

pembekuan (-2 sampai 10

o

C)

•

_{Lemari es umumnya 5 – 8}

o

C

•

_{Umur simpan beberapa hari/minggu tergantung}

jenis bahan

PEMBEKUAN (

FREEZING

)

•

_{Penyimpanan bahan pangan pada suhu bekunya}

•

_{Air murni membeku pada 0}

o

C, beberapa makanan

tidak membeku pada - 2

o

C atau dibawahnya

_

pengaruh kandungan zat tertentu dalam bahan

•

_{Pembekuan yang baik}

_

_{- 12 sampai -24}

o

C

•

_{Umur simpan beberapa bulan/tahun}

CONDENSER

COMPRESSOR EXPANSION

VALVE

EVAPORATOR

a b c

d

e

KURVA HUBUNGAN ANTARA SUHU DAN WAKTU

SELAMA PEMBEKUAN

Pelepasan panas sensibel air

Supercooling

Pelepasan panas laten

Suhu eutectic

A-S

• Produk atau bahan pangan didinginkan sampai suhu di bawah titik beku θf (bergantung jenis bahan), dengan pengecualian air murni, selalu di bawah 0 o_C.

• _{Pada titik S, air tetap cair, walaupun di bawah titik beku. Gejala ini disebut sebagai}

kondisi lewat dingin, biasanya 10 oC di bawah titik beku.

• Periode lewat dingin dipengaruhi oleh jenis bahan dan kecepatan pengambilan panas.

S-B

• _{Suhu meningkat secara cepat sampai titik beku ketika kristal es mulai terbentuk dan}

panas laten kristalisasi dilepaskan.

C-D

• _{Saat sebagian solut menjadi lewat jenuh dan mengkristal.}

• _{Panas laten kristalisasi dilepaskan dan suhu meningkat.}

D-E

• _{Kristalisasi air dan solut berlanjut.}

• _{Waktu total yang diperlukan, tf, ditentukan berdasarkan kecepatan}

pengambilan panas.

B-C

• _{Panas dilepaskan dari bahan pangan.}

• _{Panas laten diambil dan es terbentuk, tetapi suhu tetap hampir konstan.}

• _{Titik beku turun akibat peningkatan konsentrasi solut pada cairan yang}

E-F

• _{Suhu campuran air-es turun sampai suhu pembeku (freezer).}

• _{Sebagian air tetap tidak membeku pada saat suhu yang digunakan pada}

pembekuan komersial.

• _{Proporsi es yang terbentuk bergantung pada jenis dan komposisi bahan}

pangan dan suhu penyimpanan.

• _{Misalnya, pada suhu penyimpanan -20} oC persentase es pada daging

(1)

Contoh 1

Sayuran segar didistribusikan dengan menggunakan truk berpendingin. Total waktu yang diperlukan hingga sampai pasar adalah 48 jam. Hitunglah

Panas yang dapat dihitung adalah panas sensibel untuk menurunkan suhu dari 5 oC menjadi 2 oC:

Q ₁ = m C_p ∆T = (3000 kg) (4,02 kJ kg-1 oC-1) (5 – 2) oC = 36,180 kJ

Panas respirasi yang ditimbulkan sayuran:

Q₂ = m q_resp = (3000 kg) (0,035 J detik-1 kg-1) (1 kJ/1000 J) (48 jam) (3600

detik/jam) = 18,144 kJ

Waktu Pembekuan

Waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu dari bahan pangan dari suhu awalnya ke suhu di bawah titik beku yang diinginkan di bagian pusatnya

Penting diketahui untuk disain proses pembekuan, antara lain untuk memperkiran ukuran sistem dan evaluasi beban refrigerasi

Waktu yang diperlukan untuk membekukan bahan sangat tergantung berbagai faktor, yaitu (a) ukuran dan bentuk bahan, (b) konduktivitas panas bahan, (c) luas bahan tempat terjadinya pindah panas, (d) koefisien pindah panas permukaan dari medium, (e) perbedaan panas antara bahan dan media pembeku, (f) jenis pengemas yang digunakan

Perkiraan waktu pembekuan dengan menggunakan metode waktu-suhu dikembangkan oleh Plank

Waktu efektif pembekuan didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu bahan dari suhu awal ke suhu tertentu yang diinginkan pada titik pusat bahan yang dianggap paling lambat melepskan panas

Asumsi yang dikembangkan Plank:

• _{Seluruh air dalam bahan pangan berada pada fase air pada awal}

pembekuan

• _{Kehilangan panas sensibel diabaikan}

• _{Pindah panas terjadi secara lambat dalam kondisi steady state}

• _{Pembekuan tidak memengaruhi bentuk bahan (bulat, silinder,}

kubus, dsb.)

• _{Terdapat hanya satu suhu pembekuan}

• _{Konduktivitas panas dan pindah panas dari bahan konstan (tidak}

Contoh 2

Potongan kentang berbentuk kubus dengan sisi 5 cm dikeringkan dengan

cepat menggunakan blast freezer pada suhu -40 o_{C dengan koefisien transfer}

panas permukaan 30 Wm-2K-1. Jika titik beku kentang adalah -1 oC, dan

densitasnya 1180 kgm-3, dugalah waktu pembekuan tiap kubusnya. Apabila

kubus tersebut dikemas dalam kardus berukuran 20 x 10 x 10 cm, hitunglah waktu pembekuannya. Diketahui bahwa tebal kardus 1,5 mm, konduktivitas panas kardus 0,07 Wm-1_K-1_{, konduktivitas panas kentang 2,5 Wm}-1_K-1 _dan

panas laten kristalisasi 2,74 x 105 J kg-1

Bahan dikemas dalam kardus, sehingga membentuk lempeng setebal 10 cm:

(2,74 x 105) 1180

-1 – (-40)

0,1

2 ₃₀1

+

0,0015_0,07

+

0,12

8 x 2,5 t_f =

Sifat Koligatif Bahan Pangan

Air murni pada tekanan 1 atm umumnya memeku pada 0 oC, sedangkan

air dalam bentuk larutan membeku di bawah 0 oC

Sifat penurunan titik beku larutan dikenal sebagai sifat koligatif larutan 

dipengaruhi oleh jenis pelarut dan tekanan udara

Penurunan titik beku larutan untuk pelarut air pada tekanan atmosfer:

di mana: m = molalitas (mol solut/1000 g pelarut)

T_Ao = titik beku pelarut murni (untuk air 0 oC atau K)

R_g = konstanta gas = 8,314 J mol-1_k-1

λ = panas laten pembekuan, kJ kg-1 (untuk air 335 kJ kg-1)

Bila titik beku larutan diketahui, maka fraksi mol air dalam larutan tersebut dapat dihitung dengan persamaan:

Contoh 3

Suatu adonan es krim memiliki komposisi: 10% butterfat, 12% solid

non-fat (54,5% dari solid non-fat adalah laktosa), 15% sukrosa, 0,22%

stabilizer, dan 62,78% air. Berapakah penurunan titik beku es krim tersebut?

Jawab

Asumsikan bahwa hanya gula (laktosa dan sukrosa) yang mempunyai efek menurunkan titik beku larutan

BM sukrosa = BM laktosa = 342 g mol-1

Konsentrasi gula dalam air = 0,2154/0,6278 = 0,3431 g _gula/g _air = 343,1 g _gula/1000 g _air

m = 343,1/342 mol gula

1000 g air = 1,003 m

∆T_f = (8,314 J mol

-1K-1) (273)2 (18 g mol-1) (1,003 mol kg-1)

Contoh 4

Buah anggur diketahui memiliki kadar air 84,7%, titik beku (T_f)

-1,08 oC dan panas laten (λ) 6003 J mol-1. Hitunglah berapa fraksi

mol airnya!

Jawab

6003 J mol-1

8,314 J mol-1 _K-1

1 _{_} 1

273 K 271,2 K = ln XA

ln X_A = -0,01755