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 V. PEMANASAN PANGAN


5.1. Sifat Thermal Pangan

•  Panas Spesifik

Jumlah panas yang bertambah atau hilang dari produk pangan setiap ada perubahan satu unit suhu tanpa terjadinya perubahan bentuk (J/(kg. o C)). Panas spessifik ini merupakan fungsi dari beberapa komponen dari produk pangan, diantaranya adalah kadar air, suhu dan tekanan.

Panas spesifik menurut Seibel (1892) adalah sebagai berikut:

dimana Xw adalah faksi kadar air produk, desimal

Charm (1978) menyatakan bahwa persamaan empiris untuk panas spesifik yang tergantung dari komponen penyusunnya.

dimana Xf adalah fraksi lemak, Xs adalah fraksi padatan bukan lemak dan Xw adalah fraksi air.

Heldman dan Singh (1981) menyatakan bahwa

dimana Xc adalah fraksi karbohidrat, Xp adalah fraksi protein dan Xa adalah fraksi abu.

 

• Konduktivitas Panas

Konduktvitas panas merupakan jumlah panas yang dilewatkan secara konduksi setiap setiap unit waktu melalui satu unit ketebalan dengan satu gradien suhu pada ketebalan tersebut (W/(m. o C)). Semakin tinggi kadar air produk pangan, maka konduktivitas panasnya mendekati kondukstivitas air.

• Diffusivitas Panas

Merupakan rasio antara konduktivitas panas produk pangan dengan massa jenis dan panas spesifiknya (m 2 /jam).

 

5.2. Penukar Panas

Penukar panas merupakan alat yang digunkan untuk pemanasan dan pendinginan produk pangan dalam industri pangan. Ada beberapa jenis penukar panas yang digunkan dalam industri pangan, antara lain adalah jenis pelat, jenis tabung, jenis skraper, dan jenis infusi uap. Tiga jenis pertama dapat digunakan dalam pemanasan dan pendinginan , sedangkan jenis yang terakhir hanya untuk pemanasan. Desain penukar panas terganung dari sifat-sifat panas produk pangan dan mediumnya.

•  Penukar panas Tabung

Konstruksi penukar panas tabung yang sederhana terdiri dari dua tabung yang disusun secara konsentris. Media dan produk pangan mengalir melalui tabung bagian dalam dan luar. Berdasarkan arah aliran media dan poduk pangannya, penukar panas tabung dibagi menjadi

•  Penukar Panas Searah

•  Penukar Panas Berlawan Arah

Disamping penukar tabung ganda, ada juga penukar panas yang terdiri dari tiga tabung. Media pemanas/pendingin mengalir melalui tabung bagian luar dan dalam, sedangkan produk pangan mengalir melalui tabung tengah.

Pada penukar jenis tabung ini, ada juga penukar panas jenis shell-and-tube. Pada penukar panas ini satu media dialirkan dalam tabung, sedangkan media yang lain dipompa di luar tabung dalam sehl.

 

•  Penukar panas Lempengan

Penukar panas lempengan banyka digunkan untuk industri minuman. Penukar panas ini terdiri dari sejumlah lempengan yang berdekatan diatur secara paralel. Gasket yang terbuat dari karet alami atau sintesis digunkan sebagai sekat untuk menjaga supaya tidak ada pencampuran cairan. Berdasarkan arah produk dan media pemanas/pendingin penukar panas ini dibagi menjadi searah dan berlawanan arah. Penukar panas ini cocok untuk [roduk dengan viskositas rendah (<5 Pa.s). Laju aliran penukar panas lempengan dalam industri berkisar 5000 sampai dengan 20,000 kg/jam.

Klik disini untuk melihat penukar panas lempengan dari R. Paul Singh

•  Penukar Panas Skrap

Pada penukar panas tipe tabung biasanya akan timbul kerak dalam tabung setelah digunakan dalam jangka waktu lama. Kerak yang terjadi pada tabung tersebut disebut ”fouling”. Dengan terjadinya kerak tersebut makapindah panas akan menjadi berkurang. Area silinder yang kena skrap terbuat dari stainless steel. Motor yang yang terdapat pisau dilindungi oleh plastik. Kecepatan rotor berkisar antara 150 – 500 rpm.

Klik disini untuk melihat penukar panas skrap dari R. Paul Singh

 

5.3. Pemanasan dan Pendinginan Tidak Mantap

Pemanasan dan pendinginan tak mantap terjadi apabila suhu produk pangan berubah tergantung dari letak dan waktunya. Contoh proses pemanasan dan pendinginan tak mantap ini adalah pada saat pasteurisasi atau sterilisasi produk pangan. Persamaan umum pindah panas tak mantap ini adalah:

dimana T adalah suhu ( o C), t adalah waktu (s), r adalah jarak dari pusat (m). Nilai n tergantung dari bentuk geometri prouk, n=0 untuk lempeng, n=1 untuk silinder dan n=3 untuk bola.

Pindah panas pada antara media dengan produk pangan biasanya terjadi secara konveksi, dengan persamaan:

dimana h adalah konefisien konveksi (W/(m2 . oC)), Ta adalah suhu pemanas atau pendingin ( oC), dan Ts adalah suhu permukaan produk ( oC).

5.3.1. Tahanan dalam diabaikan (Bi<0.1) – Sistem Lumped

Pada saat produk pangan terkena media pemanas/pendingin, maka pindah panas dalam produk pangan akan tergantung dari tahan dalam dan tahanan luar. Rasio antara tahanan dalam dan luar dinamakan bilangan Biot (Bi)

dimana :

Bi= Bilangan Biot, -

dc = karakteritik dimensi, m

k = koefisien konduksi, W/(m. oC)

h = koefisien konveksi, W/(m2.oC)

Untuk produk yang mempunyai nilai Bi kurang dari 0.1, maka tahanan dalam produk tersebut diabaikan karena terlalu rendah. Pindah panas dengan keadaan seperti ini biasanya terjadi pada bahan metal karena mempunyai nilai konduktivitas panas yang tinggi. Sedangkan untuk produk pangan biasanya mempunyai nilai kondutivitas panas yang relatif rendah. Pada periode tidak mantap, mka kesetimbangan panas pada sistem batas adalah :

dan A adalah luasan produk (m2).

Dengan pemisahan variabel, maka didapat

dan akan didapatkan

5.3.2. Tahanan dalam dan luar tertentu (0.1 < Bi < 40)

Pindah panas dengan kondisi ini untuk produk dengan bentuk yang beraturan yaitu lempeng tak hingga, silinder tak hingga dan bola dapat diselesaikan dengan persamaan seperti di bawah ini.

Untuk lempeng tak hingga Untuk silinder tak hingga Dengan akar persamaan

 

Untuk bola Dengan Untuk lebih mempercepat penyelesaian persamaan tersebut maka telah dibuat chart yang dapat digunakan untuk menghitung suhu pada waktu tertentu.   Parameter yang digunakan pada chart ini adalah :

-          Rasio suhu ((Ta-T)/(Ta-Ti)), dimana Ta adalah suhu medium (oC), T adalah suhu produk (oC), dan Ti adalah suhu awal produk (oC).

-          Bilangan m=1/Bi, dimana Bi adalah bilangan Biot

-          Bilangan n =x/dc, dimana x adalah jarak titik dari pusat (m), dan  dc adalah diameter kritis (diameter, setengah ketebalan)(m)

-          Bilangan Fourier,

5.3.3. Tahanan luar diabaikan (Bi > 40)

Pada keadaan Bi di atas 40 menunjukkan tahanan luar diabaikan.  Pada kondisi ini maka m = 0.

5.3.4. Bentuk-bentuk tertentu

Bentuk produk yang tertentu merupakan gabungan/kombinasi dari beberapa bentuk-bentuk yang beraturan. 

Silinder terbatas merupakan gabungan antara silinder tak terbatas dengan lempeng tak terbatas.  Bentuk perkalian rasio suhunya dapat ditulis sebagai berikut :

Bentuk produk kotak merupakan gabungan/kombinasi dari tiga lempeneg tak hingga.  Persamaan matematika untuk rasio suhunya dapat ditulis sebagai berikut :

 

 

Penggunaan chart

Silinder Tak Hingga, Bola

•         Hitung Bilangan Fourier, dengan masukan jari-jari silinder sebagai karakteristik dimensi

•         Hitung Bilangan Biot. Hitung Inversi Bilangan Biot sebagai masukan pada chart

•         Gunakan Gambar  untuk mencari rasio suhu

Lempeng tak hingga

•         Hitung Bilangan Fourier, dengan masukan setengah ketebalan sebagai karakteristik dimensi

•         Hitung Bilangan Biot. Hitung Inversi Bilangan Biot untuk masukan pada chart

•         Gunakan Gambar  untuk mencari rasio suhu

5.3.5. Penggunaan parameter 'fh' dan 'j' untuk pemanasan/pendinginan tidak mantap

Pada pengolahan pangan, penentuan suhu biasanya dilakukan setelah rasio suhu mencapai kurang dari 0.7.  Oleh sebab persamaan pindah panasnya dapat dijadikan lebih sederhana.  Menurut Ball (1923) persamaan rasio suhu untuk waktu yang tertinggal dapat didekati dengan persamaan di bawah ini.

Untuk waktu yang lama, maka hanya satu bagian saja yang signifikan, sehingga persamaan menjadi : dan dapat dirubah menjadi

 

Persamaan Ball didapatkan dengan mengganti a1 dengan jc atau disebut sebagai faktor lag suhu, dan b1 dengan 2.303/fh atau disebut sebagai faktor waktu sehingga persamaan berubah menjadi:

Atau bisa ditulis:

 

Apabila dikonversikan ke log 10, maka menjadi :

Nilai fh dan jc didapatkan dengan mengeplotkan data pemanasan/pendinginan pada kertas semi-logaritmik.  Pada pemanasan kertas semi-logaritma diputar 180o.  Nilai (Ta-T) diplotkan terhadap waktu. Nilai fh adalah waktu diperlukan supaya suhu mencapai 1 siklus log.  Sedangkan jc didapatkan dengan menarik garis lurus grafik suhu sampai memotong garis waktu sama dengan 0. Nilai jc adalah 

, dimana TA merupakan suhu awal pemanasan semu. Sedangkan untuk pendinginan maka kertas semi-logaritmik tidak perlu diputar.  Nilai (T-Ta) diplotkan terhadap waktu.  Nilai jc dan fh didapat dengan cara yang sama seperti pada pemanasan.

Contoh penggunaan parameter fh dan jc untuk pendinginan dengan grafik semilog adalah sebagai berikut:

 

•  TUGAS