Tekbik Pengolahan Pangan
     
   
     

" E-learning Mata Kuliah Teknik Pengolahan Pangan "
Untitled Document
 
Home
 
MATERI
 
Bab I. Sistem Pengawetan Pangan

Bab II. Kinetika Reaksi Dalam Pengolahan Pangan

Bab III. Reologi Bahan Pangan

Bab IV. Proses Pemisahan Bahan Pangan

Bab V. Pemanasan Pangan

Bab VI. Termodinamika Pembekuan

 
Bab VII. Proses Pengentalan Pangan

Bab VIII. Pengeringan Bahan Pangan

 
GBPP
 
Pustaka
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III. RHEOLOGI BAHAN PANGAN
 

3.1. Pendahuluan

Setiap makanan atau produk pangan pasti memiliki warna, bau dan rasa. Demikian pula mereka masing-masing memiliki sifat mekanis yang unik, bisa keras atau lunak, liat atau empuk, lembut atau kasar, rapuh, renyah, mudah dan tidak mudah mengalir, dan seterusnya.

Ada dua cara yang bisa dilakukan untuk menguji sifat mekanis produk pangan. Pertama, menggunakan indera manusia, dengan cara menyentuh, memijit, menggigit, mengunyah, dan sebagainya, selanjutnya kita sampaikan apa yang kita rasakan. Ini yang disebut dengan analisa sensori. Karena reaksi kita sebagai manusia yang menguji berbeda-beda, maka diperlukan analisa statistik untuk menyimpulkan skala perbedaan ataupun tingkat kesukaan penguji terhadap produk tersebut. Cara uji kedua dengan pendekatan fisik, menggunakan instrument atau peralatan tertentu, hasilnya dinyatakan dengan unit satuan meter (m), kilogram (kg) dan detik (dt). Pendekatan fisik untuk mempelajari sifat mekanis bahan disebut rheology. RHEOLOGY adalah suatu cabang ilmu fisik yang didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari perubahan bentuk suatu mat erial. Gesekan antara bahan padat, sifat alir material bentuk tepung, bahkan pengecilan ukuran suatu partikel seperti pada proses penggilingan, proses emulsifikasi dan atomisasi juga termasuk.

Mengapa kita mempelajari Rheology ?

Ada beberapa alasan utama kenapa kita mempelajari sifat reologi suatu bahan. Pertama, Kita bisa melihat lebih dalam struktur suatu bahan. misalnya hubungan antara ukuran molekul dan bentuk nya dalam suatu larutan terhadap kekentalan, hubungan antara tingkat cross-linkage polymers dengan elastisitasnya. Kedua, test reologi sering diterapkan untuk mengontrol bahan dasar dan mengontrol proses suatu pengolahan. Contohnya: sifat reologi adonan tepung gandum pada pengolahan roti. Ketiga, pengetahuan reologi diperlukan didalam mendesain alat tertentu seperti pompa, pipa-pipa aliran. dan lainnya. Desain akan lebih efektif bila reologi bahan yang menggunakan pompa atau melalui pipa alir tersebut diketahui. Keempat, Penerimaan konsumen terhadap suatu produk dipengaruhi oleh sifat reologinya. Misalnya, mudah tidaknya jam atau selai dioleskan, liat dan empuknya daging , dan sebagainya.

Kendala dalam mempelajari reologi suatu produk pangan secara garis besar disebabkan oleh: pertama, sangat bervariasinya produk pangan, ada yang bersifat padat, cair atau gas, dan ada yang dalam bentuk-bentuk antaranya. Kedua, disebabkan karena masing-masing produk tersebut mempunyai sifat berbeda pada kondisi yang berbeda. Contohnya, sebuah batu bersifat sebagai bahan padat, tapi kumpulan batu bisa dikatagorikan bersifat sebagai bahan cair. Kapankah hal ini terjadi?

Referensi

Karena bervariasinya sifat reologi bahan, maka ahli reologi mendefinisikan bentuk-bentuk bahan ideal. Bahan padat ideal dan bahan cair ideal. Artinya kalaupun ada bahan-bahan padat yang pada kondisi tertentu bisa bersifat sebagai bahan cair yang bisa mengalir, tidak demikian halnya bahan padat ideal, yang selalu sebagai bahan padat, tidak pernah tidak. Bahan padat ideal disebut juga Hooked Solid atau Hookean untuk mengenang Robert Hooke (1635-1705) pencetusnya, seorang arsitek dari Inggris. Bahan cair ideal disebut Newton Liquid atau sering juga disebut Newtonian untuk mengenang pencetusnya Sir Isaac Newton (1642-1726) seorang ahli matematik dari Inggris. Jadi didunia ini tidak ada bahan yang lebih padat dari pada Hooked Solid dan tidak ada yang pernah lebih cair dari pada Newton Liquid. Kedua bahan ini tidak mempunyai struktur dan bersifat isotropik, artinya bersifat sama kesemua arah, dan mengikuti hukumnya sebagai bahan padat dan bahan cair. Tentu saja kedua bahan ideal ini tidak pernah ada nyata didunia ini.

Dengan mengkombinasi kedua model reologi ideal ini dikenal Bingham Model yang mewakili material ideal plastik. Model Maxwell merupakan model ideal visco-elastic liquid dan model Kevin-Voigt mewakili suatu bahan padat.

3.2. Reologi Bahan Pangan Padat

Dalam mempelajari reologi bahan pangan padat kita perlu mempelajari konsep mendasar tentang stress dan strain.

STRESS

1 . Force adalah suatu beban atau gaya yang dikenakan pada suatu benda yang mengakibatkan terjadinya deformasi, biasanya tercatat berunit g, kg atau Newton (1 kg f = 9.807 N).

2. Stress adalah intensitas beban force pada suatu luas permukaan.

stress = (beban force)/luas lintang permukaan

artinya beban force yang sama dikenakan pada luas lintang permukaan yang lebih kecil akan memberikan stress yang lebih besar. Contoh: sebuah balok segi empat dengan ukuran tinggi 2 cm, tebal 1 cm, panjang balok 4 cm, ditekan dengan beban force 4 N pada salah satu ujungnya, maka stress pada setiap titik didalam balok tersebut adalah sebesar:

s = ( 4 N) / (0.02 m x 0.01 m) = 20 000 N/m 2 = 20 000 Pa = 20 kPa

3. Satuan Stress. Stress didefinisikan sebagai beban force per satuan luasan, seperti halnya tekanan. Tekanan hidrostatik pada kenyataannya adalah satu contoh bentuk stress, satuannya pun sama dengan satuan stress.

4. Compressive Stress. Contoh terapan compressive stress bila kita menekan bola atau suatu adonan roti misalnya dengan kedua telapak tangan kita.

5. Tensile Stress.Contoh terapan tensile stress terjadi bila kita menarik atau meregang karet gelang.

 

6. Normal Stress. Didalam perhitungan, baik compressive maupun tensile stress yang arah sumbu force nya tegak lurus atau bersudut 90 derajat terhadap lintang permukaannya disebut dengan normal stress.

7. Shear Stress

Didalam perhitungan, shear stress ini disebut sebagai tangential stress

8. Isotropic Stress adalah stress yang seragam pada semua arah, seperti halnya pada tekanan hidrostatis.

STRAIN

1. Deformasi. Bila suatu bahan padat dikenakan beban stress, maka satu atau lebih dimensinya akan berubah. Perubahan dimensi ini mengakibatkan apa yang disebut dengan deformasi.

2. Strain . Strain adalah perubahan dimensi relatif terhadap dimensi awal.

3. Satuan Strain . Strain merupakan perbandingan antara dua dimensi panjang, karenanya tidak memiliki satuan.

4. Axial Strain dan Lateral Strain .

5. Poisson's ratio adalah perbandingan antara lateral strain dan axial strain .

6. Volumetric Strain

7. Shear Strain

HUBUNGAN STRESS and STRAIN

1. Bahan Elastik. Objek padat yang dikenai stress akan mengalami deformasi. Bila stress tersebut dihilangkan bahan kemungkinan akan kembali atau mungkin tidak akan kembali kepada kekeadaan atau bentuk semula. Bila kembali ke bentuk atau kekeadaan semula, maka objek padat tersebut merupakan bahan elastik ideal.

2. Hooked's Law. Hukum Hooked ini mengatakan bahwa strain yang terjadi berbanding langsung dengan stress yang dikenakan.

RUMUS !

3. Modulus Young ( E ) Konstanta E pada Hukum Hooked disebut dengan Modulus Young, yang merupakan ketahanan material terhadap deformasi.

GAMBAR !

4. Bulk modulus ( K )

5. Shear modulus ( G ) adalah the ratio antara shear stress dan shear strain.

Jadi sifat reologi bahan padat dikaraterisasikan oleh 4 konstanta yaitu Modulus Young ( E ), Modulus Shear (G ), Poisson's ratio ( µ ) dan Bulk Modulus ( K ). Keempat konstanta ini dihubungkan dengan persamaan

E = 3K(1-2 µ) = 2(1 + µ)G

Artinya, hanya 2 konstanta yang perlu ditentukan melalui percobaan. Untuk bahan padat dengan nilau µ = 0,5 maka persamaan bisa disederhanakan menjadi :

E = 3 G

Reologi Bahan Pangan Likuid dan Bahan Pangan Semi Padat

Bahan pangan likuid seperti susu, madu, sari buah dan minuman lainnya serta minyak sayur menunjukkan sifat alir yang sederhana. Bahan pangan likuid yang leih kental seperti saus salad, saus tomat dan mayonais mempunyai sifat yang lebih rumit. Bahan pangan semipadat seperti selai kacang dan margarin beraksi diantara bahan padat dan likuid, Hampir semua bahan pangan ini dialirkan dengan pompa pada suatu tahap pengolahan ataupun pengemasannya, oleh karena itu karakteristik sifat alirnya penting untuk menentukan kebutuhan tenaga pada proses pemompaan, untuk menentukan ukuran pipa yang digunakan. Pengangkutan bahan pangan likuid dengan pemompaan ini ditentukan oleh massa jenis dan viskositasnya.

VISKOSITAS

GAMBAR !

 

FLUIDA NEWTONIAN IDEAL

Untuk fluida newtonian ideal shear stress merupakan fungsi linear shear rate, dengan konstanta µ merupakan dynamic viscosity.

? = - µ (dv/dy)

Beberapa bahan pangan likuid seperti susu, jus apel, jus jeruk, bir dan wine menunjukkan bahwa mereka adalah bahan pangan likuid Newtonian. Satuan viskositas likuid adalah Poise.

1 P = 100 cP (centiPoise) 1cP = 1 mPa.s

 

FLUIDA NON-NEWTONIAN

Bahan pangan fluida non-newtonian seperti krim, larutan gula, sirup, madu, saus salad mempunyai karakteristik hubungan shear stress dan shear rate yang tidak linear. Bahkan beberapa bahan pangan tipe ini memiliki yield stress yang harus dicapai sebelum mulai mengalir. Bahan ini dikelompokan kedalam fluida tipe plastik Bingham , contohnya saus tomat dan pasta tomat.

 

GAMBAR !

 

Bahan pangan fluida tipe pseudoplastic atau shear tinning pada proses shearing akan menjadi encer atau viskositasnya menurun, contohnya pada selai kacang dan saus salad.

Bahan pangan fluida tipe dilatant atau shear thickening akan mengental atau viskositasnya naik pada proses shearing , contohnya suspensi pati.

Bila fluida memiliki yield stress serta kurva shear stress-shear rate nya convec kearah sumbu shear, fluida tersebut disebut sebagai tipe Casson Plastic.

MODEL REOLOGI

Power Law Model

 

3.1 Perilaku Stress dan Strain Bahan Pangan

 

 

Text Box: Stress,

 

 

3.2. Sifat-sifat Suspensi dan Konsentrat

 

 

3.3. Sifat-sifat Pangan Biji-bijian

 

 

3.4. Model Viskositas dan Tekstur Pangan Padat

 

•  TUGAS