1/14/2014

1

PROSES PENGERINGAN BEKU

Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa dapat menjelaskan proses pengolahan

pangan pengeringan beku Mahasiswa dapat menjelaskan pengaruh pengeringan

beku terhadap karakteristik bahan pangan

FREEZE DRYING

= Liofilisasi Air yang dikeluarkan adalah air dalam bentuk padat

dan langsung diuapkan melalui proses sublimasi.

Tahapan dasar dalam Freeze Drying : Proses pembekuanSublimasi es menghasilkan produk kering.

Proses pengeringan terdiri dari 2 tahap :Tahap I : air dikeluarkan melalui sublimasiTahap II : penguapan molekul air yang tidak

membeku (cair)

Vakum

Heater

Freezing

FreshProduct

Vakum

Heater

PrimaryDrying Stage(Sublimation)

SecondaryDrying Stage

Fig. 1. Schematic Operation of Freeze Dryer

Tekanan

Suhu0oC

4.58Torr

Es

Air

Uap

TriplePointSublimasi

Gambar 2. Diagram fase air yang menunjukkan sublimasi es

1/14/2014

2

Gambar 3. Prinsip Sistem Freeze Drying

FREEZE DRYING.

Keuntungan : dapat mempertahankanStrukturFlavorMutu produk lebih tinggi daripada metode

pengeringan lain Kelemahan : biaya mahal2 kali vacuum belt drying5 kali spray drying diimbangi dengan harga yang tinggi karena mutuyang bagus.

Tabel 1. Perbedaan pengeringan konvensional dan freeze drying

Pengeringan Konvensional Pengeringan BekuUntuk produk yang mudah dikeringkan (sayur danbiji-bijian)

Untuk produk pangan yang sulitdikeringkan dengan pengeringankonvensional

Tidak baik untuk daging Baik untuk pengeringan daging

Suhu 37-93oC Suhu < titik beku

Tekanan atmosfir Tekanan rendah (27-133 Pa)

Penguapan air dari permukaan bahan Sublimasi air dari permukaan es

Stress pada bahan pangan padat menyebabkankerusakan struktur dan penyusutan

Perubahan struktur danpenyusutan minimal

Rehidrasi lambat dan tidak sempurna Rehidrasi cepat

Produk kering mempunyai densitas > dari padabahan awalnya

Densitas >.

1/14/2014

3

TAHAPAN DALAM FREEZE DRYING TAHAPAN DALAM FREEZE DRYING.

Gambar . Pengeluaran air selama proses freeze drying

Kristal es yang terbentuk selama proses pembekuanharus berhubungan (membentuk jaringan) satudengan yang lainnya penting pada saatpengeringan tahap I dan II pada produk cairpembentukan jaringan kristal es ini tergantung padateknologi pembekuan yang digunakan.

Pada produk pangan cair, digunakan pembekuanlambat untuk membentuk kisi-kisi kristal es(terbentuk saluran yang porous) sehinggamemudahkan untuk proses penguapan air

Pada bahan pangan padat dan bahan denganstruktur gel atau seluler, pada pembekuan lambatakan terbentuk kristal es individu yang terpisah satudengan lainnya sehingga tidak terbentuk jaringanporous uap air berdifusi melalui struktur padatsehingga waktu pengeringan lebih lama.

Jika pembekuan terlalu cepat terjadi keretakan kristaluap menjadi saluran untuk difusi uap tapiberpengaruh negatif terhadap karakteristik produkakhir.

1/14/2014

4

Pada beberapa produk pangan cair misalnya jus buah danekstrak kopi terbentuknya keadaan gelas padapembekuan menyebabkan pengeluaran uap menjadi sulit diatasi dengan :Cairan dibekukan dalam bentuk foam (vacuum puff

freeze drying) Jus dikeringkan bersama-sama dengan pulp

kedua metode ini menghasilkan saluran pada bahanpangan sebagai tempat pengeluaran uap dari bahan

Jus beku dihaluskan hingga terbentuk granula pengeringan lebih cepat dan ukuran partikel produkdapat diatur.

2. Primary Drying (Pengeringan Tahap I)Kristal es yang terbentuk pada proses pembekuan

(freezing) disublimasikan pada tekanan vakumSemakin tinggi tingkat kevakuman (tekanan absolut

1/14/2014

5

Tem

pera

ture

Solute concentration

Glass

SupersaturatedSolution

Ice

Diluteliquid

Fig 4. State diagram for asimple binary mixture

Penambahan panas dapat menyebabkan suhu produk> suhu kolapsnya.

Suhu kolaps = suhu dimana produk menjadi mudahuntuk mengalir

Selama kolaps kantung tempat kristal es yangterbentuk selama sublimasi menghilang dandigantikan oleh produk yang mengalir ke daerah inisehingga produk kering beku yang dihasilkanmempunyai densitas > dan mengurangikemampuannya untuk direhidrasi

Tabel 2. Suhu kolaps untuk beberapa produk

Bahan Pangan Suhu Kolaps (oC)Jus buah (-37) (-43)Strawberry (-33) (-41)Apel (-41) (-42)Tomat -41Jagung manis (-8) (-15)Kentang -12Es krim (vanilla) (-31) (-33)Keju Cheddar -24Ikan (-6) (-12)Daging Sapi -12

Pada pengeringan tahap II suhu harus < suhu transisi gelas untukmencegah terjadinya kolaps.

Jika terjadi kolaps maka suhu pemaas dan tekanan harus diturunkan. Struktur produk pangan beku menentukan waktu yang dibutuhkan untuk

pengeringan tahap II, karena proses pengeringan hanya terjadi melaluiproses difusi molekul air dari produk.

Pada produk pangan berbentuk padat dimana tidak ada saluran padapori-pori es, pengeringan lebih lama karena air menguap melalui bahanpangan ke permukaan, dan jika terdapat saluran pada pori-pori kristal esmaka proses pengeringan lebih cepat.

Akhir proses pengeringan beku ditunjukkan oleh suhu dan berat produk. Pengukuran suhu pada satu titik dapat digunakan untuk menduga kadar

air pada titik tersebut perlu pengetahuan mengenai hubungan antarasuhu dan kadar air.

1/14/2014

6

A

B

C

D

Glass

Solute Concentration

Tem

pera

ture

Fig 5. Processing trajectory on astate diagram for optimal freezedrying. Product starts at point A,freezes at point B, ice is removedby sublimation to point C, andproduct is dried further to point D.

PERALATAN FREEZE DRYING

Freeze drier tdd : Ruangan vakum yang terdiri dari trays tempat bahan yang akan

dikeringkan Pemanas untuk menyediakan panas laten sublimasi Refrigeration coil untuk mengkondensasikan uap secara langsung

menjadi es yang dihubungkan dengan alat defrosting otomatisuntuk menjaga agar coil bebas dari kristal es penting karenasebagian besar energi digunakan untuk mendinginkan kondensor.

Pompa vakum untuk mengeluarkan uap yang tidak berkondensasi Pengeringada beberapa tipe tergantung pada metode yang

digunakan untuk menyediakan panas di permukaan produk(konduksi atau radiasi).

JENIS-JENIS FREEZE DRIER

Contact (or conduction) Freeze Driers :Bahan diletakkan di atas trays yang terletak di

atas plate pemanasLaju pengeringan lama karena proses pindah

panas melalui konduksi hanya pada satu sisi daribahan pangan.

Kontak antara produk pangan beku danpermukaan panas tidak rata sehingga mengurangilaju pindah panas

JENIS-JENIS FREEZE DRIER..

Accelerated Freeze DriersPada type ini produk pangan diletakkan di antara

2 lapisan logam yang berlubang dan mendapatkantekanan dari 2 sisi.

Pemanasan melalui konveksi, tapi pindah panas kebahan pangan lebih cepat dari pada dengan plateyang padat.

Uap lebih cepat dikeluarkan dari permukaanproduk

Waktu pengeringan lebih cepat daripada metodekontak.

1/14/2014

7

JENIS-JENIS FREEZE DRIER.

Radiation Freeze Driers :Digunakan radiasi infrared dari pemanas radian

untuk memanaskan lapisan bahan pangan yangtipis pada trays datar.

Pemanasan lebih seragam daripada tipe konduksikarena pengaruh permukaan yang tidak teraturterhadap laju pindah panas kecil.

JENIS-JENIS FREEZE DRIER.

Microwave and Dielectric Freeze Driers :Penggunaan pemanas dengan frekwensi radio

berpotensi dikembangkan dalam dreeze dryingtapi jarang digunakan pada skala komersial.

Sulit dikontrol karena air memiliki loss factor yangbesar daripada es dan terdapatnya es yangmencair di beberapa tempat menyebabkanpemanasan yang berlebihan.

Heating Plate

Mesh

(a)

(b)

Heating Plate

(c)

Fig 6. Freeze drying methods : (a) conduction throuh ribbedtray; (b) expanded mesh for accelerated freeze drying; radiant heating of flat trays.

VIBRATIONAL FREEZE DRYER

1/14/2014

8

CONTINIOUS CIRCULAR PLATE FREEZE DRYER

HULL FREEZE DRYING SYSTEMWITH EXTERNAL CONDENSOR

VIRTIS FREEZE DRYING SYSTEM

PENGARUH TERHADAP BAHAN PANGAN

Krakteristik sensori dan nilai gizi dapat dipertahankan Masa simpan > 12 bulan jika dikemas dengan baik Komponen aroma yang volatil tidak keluar bersama uap tapi tetap berada pada

matriks bahan pangan aroma retention 80-100%. Tekstur dapat dipertahankan (penyusutan sedikit) Tidak terjadi case hardening Struktur pori yang terbuka memungkinkan rehidrasi yang cepat dan sempurna

tapi ini mudah pecah sehingga harus dilindungi dari kerusakan mekanis Perubahan protein, pati dan karbohidrat lain sedikit Adanya struktur pori yang terbuka memungkinkan masukya oksigen yang

dapat mengoksidasi lemak produk harus dikemas dengan kemasan yanginert terhadap gas

Terdapat sedikt penurunan kandungan tiamin dan asam askorbat tapi vitaminlain hampir tidak berubah.

Kehilangan gizi mungkin terjadi pada saat proses misal pada proses blansing