pengeringan (drying)/ dehidrasi...

1Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]

Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration)

Purwiyatno Hariyadi

• Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB• Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science &

Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University,

Purwiyatno [email protected]

ITP5302011

gy ( ) , g g y,BOGOR, Indonesia

• www.seafast.ipb.ac.id


• Teknik pengawetan pangan kuno modern

• Operasi mengurangi/mengambil air dari suatu bahan (pangan) melalui proses evaporasi (penguapan) atau sublimasi.


ITP5302011

(penguapan) atau sublimasi.

• Pengawetan? mengurangi akivitas air (aw).


PENGERINGAN … contoh produk kering


ITP5302011

Nuts



ITP5302011

Apricot




ITP5302011

Apple



ITP5302011

Peach




ITP5302011

Spinach

Kenapa mengawetkan?

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?

Kenapa mengawetkan? • Menurunkan kadar air menurunkan

ketersediaan/aktivitas airMenurunkan aktivitas mikrobaMenurunkan reaksi perubahan (stabil


ITP5302011

Menurunkan reaksi perubahan (stabil selama penyimpanan)


Zone I

Zone II

Zone III

Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan


(air terikat)

(Mono layer)

(air bebas)

Kad

ar A

ir


ITP5302011

Water Activity0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0


Zone I

Zone II

Zone III

Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan

Reaksi hidrolisis

Oksidasi lemak

Kad

ar A

ir


ITP5302011

Reaksi non-enzimatis browning

Water Activity0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0




ITP5302011

Produk dgn1

aw

Produk pangan yang biasanya rusak

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan

Produk dgnaw < 0.75

gaw >0.75

0.75

karena aktivitas mikrobiologi

Produk pangan yang biasanya rusak karena perubahan kimia & fisik


ITP5302011

0

kimia & fisik


Produk dgn Resiko Keamanan PanganResiko1

aw

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan

Produk dgnaw < 0.75

gaw >0.75

gTinggi

ResikoSedang

Sedang

ResikoRendah

0.75


ITP5302011

g

pH1410

0

4.5


ITP5302011


Konsep Dasar Pengeringan

• Kadar air = massa air/satuan massa padatan kering

• Kadar air keseimbangan = f (suhu, kelembaban)

• Isoterm Sorpsi Air (ISA) = Moisture Sorption isotherms(MSI):


ITP5302011

( )– kurva hubungan antara RH udara penyimpanan

dan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jikaproduk selama penyimpanan

.

• ISA: kurva hubungan antara RH udara penyimpanandan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jika produkselama penyimpanan



ITP5302011


ISA dipengaruhi oleh suhu :

• Perlu kontrol suhu dalam melakukan percobaan


ppenentuan ISA


ITP5302011

Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1)


ITP5302011


Lakukan : penyimpanan produk pada berbagai kondisi RH penyimpanan yang berbeda-beda.



ITP5302011

Buat kurva kenaikan kadar air menuju ke kadar air kesetimbangan (selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH)



ITP5302011


Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1)

Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA


ITP5302011

Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA


Hysteresis: loss of H20 binding sites


ITP5302011




ITP5302011

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -1

• Bahan pangan basah; dikeringkan dengan menggunakan udara kering, panas, pada suhu dan RH yang konstan.

• Udara kering, panas akan• memberikan panas (sensible dan laten) yang diperlukan untuk

Udara kering, panas Udara basah,

dingin

• memberikan panas (sensible dan laten) yang diperlukan untuk proses pengeringan (evaporasi) secara konveksi

• Membawa uap air


ITP5302011

BAHAN PANGAN d


Mekanisme Pengeringan 3 tahap pengeringan :



ITP5302011

• Tahap “penyesuaian” (settling down stage) ( A-B )• Tahap pengeringan dengan laju pengeringan konstan (Constant drying rate

stage) ( B-C )• Tahap pengeringan dengan laju pengeringan menurun (Falling drying rate

stage) ( C-D )



ITP5302011

Tahap “penyesuaian” (A-B)Tahap awal; dimana permukaan bahan akan menyesuaian/ mencapai kesetimbangan dengan udara pengering

suhu permukaan meningkat mencapai suhu bola basah dari udara pengering.



Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C)

• Permukaan bahan selalu dalam keadaan basah (jenuh dengan air)(jenuh dengan air)

• Laju perpindahan air dari dalam bahan menuju permukaan > laju pengurangan air dari permukaan (oleh evaporasi)

• T permukaan tetap dipertahankan pada suhu bola basah udara pengering.

• (dw/dt )c = - Kg A ( ps-pa)• (dw/dt) laju pengeringan


ITP5302011

• (dw/dt)c = laju pengeringan• Kg = koeff pindah massa• A = luas area pengeringan• ps = tekanan uap air di permukaan, dan• pa = tekanan parsial uap air di udara

pengering.

• (dw/dt)c = - Kg A ( ps-pa)



( )c g ( ps pa)

Bisa dinyatakan dgn menggunakan nilai kelembahan absolute

kelembahan absolute = (berat uap air/satu satuan berat udara)

H = Mw pv /[Ma (P-pv)]karena pv << P P-pv ≅ P H = ( M /M ) ( p /P )


ITP5302011

H = ( Mw/Ma) ( pv/P )• (dw/dt)c = - Kg

1 A(Hs - Ha), dimana Kg

1 = Kg( Ma P/ Mw)Hs kelembaban pada permukaan (kelembaban

jenuh pd suhu permukaan),

Ha kelembaban udara pengering


• (dw/dt) = - K A ( p -p )



(dw/dt)c Kg A ( ps pa)Laju pindah panas di permukaan :• (dQ/dt)c = hc A (θa - θs)

(dQ/dt)c = laju pindah panashc = koef pindah panas konveksiθa = suhu udara pengering (suhu bola kering), danθs = suhu permukaan (suhu bola basah).

Panas yang ditransfer ke permukaan akan


ITP5302011

Panas yang ditransfer ke permukaan akan digunakan untuk menguapkan air dari permukaan :

• (dw/dt)c L = -(dQ/dt), dimana L = panas laten evaporasi.

• (dw/dt)c = - (hc A/L)(θa - θs)

• (dw/dt)c = - (hc A/L)(θa - θs)



Jika A’ adalah luas area pengeringan effektif per satu satuan masa bahan, maka

(dW/dt )c = - (hc A'/L)(θa - θs)

Untuk pengeringan pada bak pengering dengan ketebalan d, dimana proses penguapan hanya terjadi melalui permukaan atas (asumsi tdk terjadi pengkerutan/shrinkage) maka laju


ITP5302011

pengkerutan/shrinkage), maka laju perubahan kadar air :

( dW/dt)c = - (hc/ρs L d) (θa - θs) ........CRP

Dimana : ρs = desnitas kamba produk kering.

Waktu pengeringan selama CRP integrasikan persamaan (CRP) dengan batas W: (W0→Wc), dan t:(0→tc).


Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)

• Mulai terjadi jika transfer uap air di


Mulai terjadi jika transfer uap air di dalam bahan mulai terhambat; shg tidak lagi cukup untuk mempertahan permukaan bahan tetap jenuhpermukaan mulai mengering.

• Kadar air dimana mulai terjadi perubahan ini disebut kadar air kritis critical moisture content Wc.

• Setelah titik ini; suhu permukaan bahan


ITP5302011

• Setelah titik ini; suhu permukaan bahan mulai meningkat mendekati suhu bola kering udara pengering bahan mulai mngering.

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -9Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)

Laju pengeringan :

(dW/dt)f = - K(W - We),

dimana

We = kadar air kesetimbangan


ITP5302011

pada suhu dan kelembaban udara pengering (ISA)


Laju pengeringan pd awal FRP = laju pengeringan pada akhir CRP

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -10Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)

j p g g p

(-dW/dt)f = (-dW/dt)c

(dW/dt)f = - K(Wc - We)(dW/dt)c = - (hc/ρs L d) (θa - θs) ...... CRP

K = (-dW/dt)c / (Wc - We)

(dW/dt) [ h (θ θ ) (W W )] / [ L d ( W W )]


ITP5302011

(dW/dt)f = [-hc (θa - θs) (W - We)] / [ρs L d ( Wc- We )]

tFRP intergrasikan dari t=0, W=Wc sampai t=tFRP, W=Wf

Jika pengeringan terjadi dari dua permukaan (atas-bawah) maka d =1/2 ketebalan lapisan.


Total waktu pengeringan= tcRP + tfRP


ITP5302011


Kompleksitas proses pengeringan bahan pangan

1. Komponen bahan pangan ; protein, karbohidrat, lemak vitamin enzim garam-garam mempunyailemak, vitamin, enzim, garam garam, mempunyai sigat hidrasi yang berbeda-beda (aw, We, mekanisme pengeringan).

2. Selama pengeringan; total padatan terlarut berubah bersamaan berubahnya kadar air (hc, ρs )

3. Bahan pangan sering mengalami pengkerutan; shrinkage (h ρ d)


ITP5302011

shrinkage (hc, ρs, d)4. Bahan pangan sering mengalami pengerasan;

case hardening (hc)

Metoda pengeringan bahan pangan :Cek : www.rpaulsingh.com

A. Pengeringan dengan udara kering1. Kiln drier2 Cabinet tray or compartment drier2. Cabinet, tray or compartment drier3. Tunnel drier4. Conveyor drier5. Bin drier6. Fluidized bed drier7. Pneumatic drier8. Rotary drier9. Spray drier


ITP5302011

y

B. dengan kontak permukaan panas :1. Drum drier2. Vacuum shelf drier3. Vacuum band drier


C. Pengeringan dengan energi radiasi, microwave atau di l k ik

Metoda pengeringan bahan pangan :Cek : www.rpaulsingh.com

dielektrik.1. Radiant heating drying2. Continuous infra-red drier3. Microwave and dielectric heating drying

D. Pengeringan beku (pengeringan sublimasi, liofilisasi)1 Batch freeze driers


ITP5302011

1. Batch freeze-driers2. Multicabinet freeze-driers3. Tunnel freeze-driers


Purwiyatno Hariyadi

• Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB• Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science &

Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University,


ITP5302011

gy ( ) , g g y,BOGOR, Indonesia

• www.seafast.ipb.ac.id

pengeringan (drying)/ dehidrasi...

Documents