PROSES TERMAL

PENGOLAHAN PANGAN

Dr. Ir. Iwan Taruna, M.Eng

taruna©2015

TEKNIK PENGOLAHAN & RANCANGAN PROSES

Initial Discussion

1. Apa yang anda ketahui tentang proses termal?

2. Sebutkan jenis-jenis proses termal yang anda ketahui!

3. Apa tujuan utama proses termal tersebut?

4. Apa dampak negatif utama proses termal terhadap bahan pangan?

Proses Termal pemanasan, pendinginan Proses Termal Blansing? Pasteurisasi?

Sterilisasi? Basis Operasi Pengawetan Pangan

Inaktivasi Mikroorganisme (Pembusuk or Penyebab Penyakit)

Penurunan jumlah mikroorganisme karena proses termal (sterilsasi) mengikuti tren logaritma

Popula

sim

ikro

org

anis

me

waktu

Perlakuan termal versus mikroorganisme

Waktu

Suhu

Pemanasan

Mendingin

Menyimpan

Bil. Log

7º

70º

1 2 3 5

4

6 7

Menyiapkan

Menyimpan

Tujuan Proses Termal

BLANSING, PASTEURISASI & STERILISASI

PROSES TERMAL MENGGUNAKAN AIR DAN UAP

Blansing Proses inaktivasi (penghentian) proses

enzimatis pada beragam buah dan sayuran sebelum diproses lebih lanjut (i.e. pembekuan, pengeringan)

Berfungsi sebagai pra perlakuan bukan metode pengawetan tunggal

Ketika dikombinasikan dengan proses pengupasan/pembersihan menghemat biaya konsumsi energi, ruang & peralatan

Blanching Time(Waktu blansing)

Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu blansing:i. Jenis sayuran dan buahii. Ukuran dari makanan yang diblansingiii. Suhu blansingiv. Metode pemanasan

Prinsip Blansing -1 Konsep pindah panas unsteady state secara

konveksi dan konduksi basis perhitungan waktu blansing

Pentingnya blansing:• Suhu proses maksimum pada pembekuan dan

pengeringan tidak memadai untuk inaktivasi proses enzimatis

• Pada pengalengan, waktu yg dibutuhkan untuk mencapai suhu sterilisasi dapat memfasilitasi terjadinya proses enzimatis

Prinsip Blansing -2 Blansing mengurangi jumlah mikroorganisme

yang berkontamimasi dengan permukaan pangan membantu sebagian proses pengawetan

Blansing melunakkan jaringan sayuran dapat membantu proses pengisian pada kaleng & menghilangkan udara dari ruang intraseluler meningkatkan densitas bahan membantu pembentukan head-space vacuum pada kaleng

Peralatan Blansing (Blancher)

Dua jenis alat yang sangat populer:• atmosphere of saturated steam (uap panas)• a bath of hot water (air panas)

head-space vacuum pada kaleng

Perbedaan proses pasteurisasi dan sterilisasi?

Keduanya dapat dibedakan berdasarkan perlakuan proses termalnya.

Pasteurisasi inaktivasi mikroorganisme pathogen dengan proses termal produk pasteurisasi tidak stabil bila tidak disimpan dalam refrigerator (± 4-6C).

Sterilization proses termal dimana produk stabil tanpa disimpan dalam refrigerator.

Proses pasteurisasi? Perlakuan panas relatif ringan suhu biasanya

kurang dari 100C. Pasteurisasi dapat mengawetkan pangan

untuk beberapa hari (milk) atau beberapa bulan (jus buah).

Keuntungan mengakibatkan perubahan minimal terhadap sifat sensori dan nilai gizi bahan pangan.

Tujuan proses pasteurisasi1. Untuk membunuh bakteri patogen (bakteri yang

berbahaya karena dapat menimbulkan penyakit) dan mengurangi populasi bakteri.

2. Untuk memperpanjang daya simpan bahan atau produk

3. Dapat menimbulkan citarasa yang lebih baik pada produk

4. Pada susu proses ini dapat menginaktifkan enzim fosfatase dan katalase yaitu enzim yang membuat susu cepat rusak.

Metode pasteurisasi

1. Pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/HTST), yaitu proses pemanasan susu selama 15 – 16 detik pada suhu 71,7 – 75 C dengan alat Plate Heat Exchanger.

2. Pasteurisasi dengan suhu rendah dan waktu lama (Low Temperature Long Time/LTLT) yakni proses pemanasan susu pada suhu 61C selama 30 menit.

3. Pasteurisasi dengan suhu sangat tinggi (Ultra High Temperature) yaitu memanaskan susu pada suhu 131C selama 0,5 detik. Pemanasan dilakukan dengan tekanan tinggi untuk menghasilkan perputaran dan mencegah terjadinya pembakaran susu pada alat pemanas.

Bahan pangan Tujuan utama Tujuan lainnya Kondisi proses minimal1

pH < 4,5Jus buah Inaktivasi enzim

(pecyinesterase & polygalacturonase)

Membunuh mikroorganisme pembusuk (yeast, fungi)

65C selama 30 menit;77C selama 1 menit;88C selama 15 det

Bir Perusakan mikroorganisme pembusuk & residu yeast

65-68C , 20 men (di botol); 72-75C, 1-4 men, 900-1000 kPa

pH > 4,5Milk Membunuh bakteri

pathogenMembunuh mikroorganisme pembusuk

63C selama 30 menit; 71,5C selama 15 det

Liquid egg Membunuh bakteri pathogen

Membunuh mikro-organisme pembusuk

64,4C, 2,5 menit; 60C, 3,5 menit

Ice cream Membunuh bakteri pathogen

Membunuh mikro-organisme pembusuk

65C, 30 men; 71C. 10 men; 80C,15 det

1 diikuti dengan pendinginan cepat 3-7C Sumber: Fellow (1988)

PROSES PASTEURISASI BERAGAM BAHAN PANGAN

Produk & peralatan pasteurisasi

Produk & peralatan proses sterilisasi

LAJU INAKTIVASI MIKROBIOLOGI PADA SUHU KONSTAN

Jumlah mikroorganisme pada pangan akan menurun jika dipanaskan sesuai dengan reaksi orde 1 sehingga m = 1

Rumus Umum Laju Inaktivasi Mikroorganisme:

mNkdt

dN.

Nkdt

dN.

k = koefisien laju inaktivasim = orde reaksi

tN

N

tN

N

tkNdtkN

dN0

000

ln.

tkN

Ntk

N

N.exp.ln

00

Nkdt

dN. Integrasi persamaan diatas dengan

kondisi awal (N = N0) pada saat t =

0

tkNN .exp0

k = death rate constant

Nilai k sangat tergantung pada jenis mikroorganisme, media dan suhu. Untuk mikroorganisme tertentu , nilai k tergantung pada kondisi mikroorganisme, vegetatif or spora. Nilai konstanta k ini akan lebih besar untuk yang berbentuk vegetatif daripada bentuk spora, sehingga mengindikasikan bahwa bentuk spora lebih sulit untuk dirusak. Nilai k untuk bentuk vegetatif adalah sekitar 1010 min-

1, sedangkan spora 1 min-1

tN

N

tN

N

tkNdtkN

dN0

000

ln.

tkN

Ntk

N

N.log303,2.ln

00

D

t

N

Ntk

N

N

00log

303,2

.log

D = Waktu reduksi desimal

= Waktu yg dibutuhkan mereduksi populasi mikroorganisme dengan faktor 10

Nkdt

dN. Integrasi persamaan diatas dengan

kondisi awal (N = N0) pada saat t =

0

Dk

D

ttk 303,2

303,2

.

Merupakan fungsi linear pada grafik semilogaritma

Nilai D khas untuk setiap jenis mikroorganisme

Nilai D makin tinggi makin resisten terhadap panas

Makin banyak jumlah mikroorganisme makin lama waktu untuk mereduksinya pada level tertentu

Colony counter

T = 110Ct

(menit) N

0 106

4 1,1 x105

8 1,2 x104

12 1,2 x103

Data percobaan tentang karakteristik resistansi panas sebuah mikroorganisme dalam bahan pangan

diperoleh pada suhu proses 110C seperti ditunjukkan tabel berikut: Tentukan:

1. Nilai waktu reduksi (D) untuk masing-masing suhu

2. Waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi jumlah mirkoorganisme dari kondisi awal (No) hingga menjadi 2 x 103.

CONTOH – 1 (let’s try to calculate it)

EFEK SUHU TERHADAP LAJU INAKTIVASI MIKROORGANISME

Sel mati lebih cepat pada suhu tinggi

Ploting D X T (suhu) kurva ThermaL Death Time

Gradien kurva nilai Z

Nilai Z Besarnya C yg dibutuhkan untuk mereduksi jumlah mikroorganisme dalam kelipatan 10.

WAKTU

Popula

si

mik

roorg

anis

me

120C

122C

125C130C

Nilai-nilai D dan Z Menunjukkan Sifat Resistansi Panas Mikroorganisme, Enzim Dan Komponen Kimia Pangan

Data percobaan karakteristik resistansi panas sebuah mikroorganisme bahan pangan diperoleh pada suhu proses 104, 110 dan 116C seperti ditunjukkan tabel berikut:

T = 104C T = 110C T = 116C

t(menit) N

t(menit) N

t(menit) N

0 1,5 x106 0 1,5 x106 0 1,5 x106

8 1,3 x105 6 1,1 x105 4 1,0 x105

16 1,3 x104 12 1,2 x104 8 1,0 x104

25 1,4 x103 18 1,2 x103 12 1,0 x103

Berdasarkan data percobaan tersebut, tentukan nilai Z untuk mikroorganisme dari hasil percobaan tersebut

PENENTUAN WAKTU PROSES TERMAL

Sumber: Food Processing Technology: Principles and Practice

(Petter Fellows, 2000)

Faktor-faktor yang menentukan resistansi panas mikoorganisme

Tipe mikroorganisme Kondisi inkubasi

• Temperatur• Usia dari culture• Media hidup culture

Kondisi-kondisi selama pemanasan• pH bahan• Aktivitas air• Komposisi bahan pangan• Kondisi pertumbuhan media dan inkubasi

Thermal Death Time (F) Waktu yang dibutuhkan u/ mereduksi mikro-organisme sejumlah kelipatan nilai D

Nilai F Digunakan untuk membandingkan prosedur sterilisasi

10

115F Proses berlangsung pada suhu 115C

Mikroorganisme dengan nilai Z = 10C

21 loglog nnDF n1 = Jumlah mikroorganisme di awal proses

n2 = Jumlah mikroorganisme akhir proses

F Referensi (Fo)• dinyatakan dengan Fo = proses

yg beroperasi pada 121C dg berdasar pd mikroorganisme dg nilai Z=10C

Metode Formula Cara perhitungan cepat waktu proses

untuk suhu retort dan ukuran wadah (kemasan) yg bervariasi

B =

waktu pemanasan (menit)

fh

=Waktu (menit) u/penetrasi

panas yg menghasilkan 1 siklus logaritma ( ex.: 1 ke 10, 10 ke 100, dst.)

gIj

fB hhh

.log

jh = Thermal lag factor (diperoleh dg cara ekstrapolasi grafik penetrasi panas)

g = perbedaan antara suhu retort & suhu produk akhir (C)

dimana,ihr

pihr

hj

ihrhI

pih = Pseudo-initial product temperature (C)

Ih = Perbedaan suhu retort dengan produk awal (C)

ih = Suhu awal produk (C)

r = Suhu retort (C)

Nilai g dipengaruhi oleh faktor2 berikut:• Thermal death time• Gradien fh pada kurva pemanasan • Nilai Z dr mikoorganisme• Perbedaan suhu retort dengan air pendingin

Metode Ball (mempertimbangkan variabel2 g)

1.FFU U = Thermal death time pd suhu retort (C)

F = Nilai F referensi pada saat 1 menit pd suhu 121C

F1 = Nilai F pada suhu retort

Cooling Lag Factor ( jc )

icc

picc

cj

pic = Pseudo-initial product temperature pd permulaan pendinginan (C)

ic = Suhu aktual awal produk pd awal pendinginan (C)

c= Suhu air pendingin (C)Pada retort tipe Batch Hanya 40% dr total waktu (l) digunakan untuk mencapai suhu operasional yg memadai untuk membunuh mikroorganisme krn itu perlu koreksi perhitungan waktu proses (B) sbb:

lBprosesWaktu .4,0_

Contoh:

Sebuah bahan pangan dipanaskan pd suhu 115C menggunakan basis proses = 7 menit. Berdasarkan data proses penetrasi panas didapatkan beberapa informasi berikut: fh = 20 menit, jc = 1,80, pih = 41C dan ih = 74C. Waktu yg dibutuhkan untuk mencapai suhu operasional adalah 11 menit. Hitung waktu proses thermal tersebut!

101,121F

taruna©2015Agricultural Engineering

University of Jember