Proses Thermal Pangan #2

PROSES THERMAL THERMAL PANGAN #2 R. Baskara Katri Anandito, S.TP, MP.

PENGUKURAN DISTRIBUSI PANAS •

•

•

Penetapan proses termal didasarkan atas dua faktor yaitu : 

Ketahanan panas mikroba, yaitu sejumlah panas yang dibutuhkan untuk memusnahkan mikroba yang harus diketahui dalam setiap produk.



Kecepatan Kecepatan pemanasan dalam suatu produk termasuk di dalamnya dalamnya pengujian distribusi dan penetrasi panas.

Distribusi panas adalah penyebaran panas yang terjadi selama proses panas di dalam alat pemanas berupa retort maupun pasteurizer. Berbagai faktor yang berpengaruh pada terjadinya distribusi panas yang merata di dalam alat antara lain tipe retort dan pasteurizer, susunan produk yang dalam retort dan pasteurizer, dan lain-lain. Penentuan distribusi panas sangat diperlukan untuk mengetahui titik terdingin dari daerah di dalam retort atau pasteurizer, serta untuk menentukan waktu come up time (CUT) yaitu waktu saat uap mulai dinyalakan sampai suhu proses yang diinginkan tercapai.

•

•

•

Pengukuran distribusi panas bertujuan untuk mengetahui daerah yang terdingin atau daerah yang paling lambat mencapai suhu proses di dalam retort atau pasteurizer dapat dilakukan perbaikan pada prosedur venting maupun proses suplai panas lainnya agar panas dapat terdistribusi secara merata dalam waktu yang seragam dan tidak terlalu panjang. Melalui uji distribusi suhu ini akan diketahui kondisi terburuk di dalam alat saat operasi proses termal berlangsung. Setelah dilakukan uji distribusi panas, uji penetrasi panas untuk melihat perambatan panas di dalam wadah / kaleng juga harus dilakukan pada wadah/kaleng yang diletakkan pada daerah terdingin di dalam retort atau pasteurizer tersebut. Dengan demikian, akan dijamin bahwa apabila daerah terdingin dan terlambat yang mengalami penetrasi panas terlambat sudah memenuhi kecukupan panas, maka daerah yang lebih tinggi suhunya akan terpenuhi kecukupan panasnya .

•

•

•

•

Di dalam pengujian distribusi panas, perlu dibuat gambar skematik yang memperlihatkan penempatan seluruh TMD (temperature measuring devices) di dalam retort. Gambar ini meru-pakan bagian dari pencatatan yang kritis pada pengujian distribusi panas. Dengan melihat gambar tersebut, plot suhu akan menggambarkan profil suhu yang sesuai dengan lokasi yang diukur suhunya. Contoh gambar skematik penempatan TMD di dalam retort dapat dilihat pada Gambar 8.3. Pada contoh kasus ini, digunakan 15 TMD yang diletakkan pada posisi yang tersebar pada dinding retort (T1), MIG (T2), recorder (T3) serta 12 buah TMD lainnya yang masing-masing diletakkan pada bagian tengah keranjang retort. Proses yang akan diuji distribusi panasnya ini adalah proses sterilisasi dengan retort pada suhu venting 107 0C dan suhu proses 118.3 0C. Setelah melalui prosedur pengujian distribusi yang benar, akan diperoleh data hasil pengukuran suhu yang terjadi pada bagian-bagian retort yang diukur tersebut selama proses pemanasan. Set data suhu dan waktu yang diperoleh pada contoh kasus ini disajikan pada Tabel 8.1.

•

•

Tidak terdapat pengolahan data yang khusus di dalam pengujian distribusi panas. Yang perlu dilakukan adalah melakukan plot data suhu dan waktu yang dicatat oleh recorder pada setiap termokopel yang digunakan untuk memantau suhu di berbagai titik di dalam retort. Setelah data hasil pengukuran setiap termokopel terkumpul dan direkapi-tulasi, selanjutnya dibuat plot data tersebut pada grafik dengan sumbu x adalah waktu pengamatan suhu, dan sumbu y adalah suhu yang terukur pada TMD atau termokopel yang telah dikalibrasi dengan termometer yang akurasinya telah diketahui. Hasil plotting data distribusi panas tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.4.

•

•

Melalui Gambar 8.4 dapat dilihat profil peningkatan suhu pada setiap bagian retort yang diukur dengan TMD selama proses pemanasan. Suhu awal proses rata-rata adalah 32.61 0C, dan setelah uap dialirkan (steam on), maka setiap bagian retort akan mengalami peningkatan suhu dengan profil yang ber-beda. Hal ini menunjukkan bahwa pada bagian awal pemanasan yaitu pada saat proses venting masih berlangsung, suhu masih belum merata karena udara masih dalam proses untuk dikeluarkan dari dalam retort. Ada yang peningkatan suhunya cepat pada T 6, ada juga yang sangat lambat seperti pada T 10. Setelah suhu venting tercapai, tampak bahwa suhu setiap bagian retort telah hampir sama. Setelah vent ditutup, maka seluruh bagian retort akan men-capai suhu proses yang telah ditentukan yaitu 118.3 0C. Waktu tercapinya suhu venting adalah 7 menit, dan waktu tercapainya suhu proses adalah selama 11 menit. Pada kasus ini, melalui hasil pengujian distribusi panas di dalam retort uji dapat disimpulkan bahwa retort telah mengalami proses pemanasan awal yang baik karena panas dapat terdistribusi secara merata pada waktu CUT yang cukup singkat untuk mencapai suhu proses yang seragam.

•

•

Untuk lebih dalam melihat kondisi distribusi panas di dalam retort, dilakukan perhitungan suhu maksimum (Tmax), suhu minimum (T min) dan suhu rata-rata (Trata2) pada data hasil pengujian tersebut. Plot data suhu minimum dan maksimum tersebut disajikan pada Gambar 8.5. Pada gambar tersebut terlihat adanya perbedaan suhu yang cukup ekstrim pada bagian-bagian retort pada saat venting dilakukan. Sementara di satu titik telah tercapai suhu 100 0C, di titik lain suhunya baru mencapai 37 0C. Walaupun pada kasus ini, suhu venting telah tercapai pada waktu yang relatif singkat sekitar 7 menit, bila memungkinkan dapat dilakukan upaya untuk mempercepat keseragaman suhu di dalam retort. Upaya perbaikan pendistribusian panas secara lebih merata dapat dilakukan baik melalui perbaikan instalasi peralatan retort, maupun suplai uap yang sebarkan ke dalam retort.

PENGUKURAN PENETRASI PANAS

•

•

•

Penetapan kecukupan proses termal didasarkan atas dua faktor, yaitu (a) kinetika pemusnahan mikroba oleh panas, dan (b) kecepatan panas berpenetrasi ke dalam produk pangan yang dikemas selama proses termal. Kinetika pemusnahan mikroba mencakup data nilai D, nilai Z, nilai letal rate, dan nilai letalitas. Dengan kata lain, berapa nilai sterilisasi (Fo) yang diinginkan dengan memperhatikan berapa siklus logaritma atau S yang ingin diterapkan. Karakteristik penetrasi panas menggambarkan laju penentrasi panas ke dalam kemasan dan bahan di dalamnya selama proses pemanasan dan pendinginan. Laju penetrasi panas terhadap produk harus ditentukan dengan percobaan, yaitu dengan menentukan profil hubungan suhu dan waktu selama proses termal, mengolah datanya sehingga diperoleh nilai sterilisasi (F) pada kondisi proses.

•

•

•

•

Dalam perhitungan nilai F, proses termal dilakukan pada suhu konstan. Namun pada kenyataanya, proses termal di industri, terutama yang menerapkan sistem batch, proses termal tidak berlangsung pada suhu konstan, tetapi terjadi perubahan suhu selama proses pemanasan (mengikuti pola pindah panas tak tunak atau unstady state). Oleh karena itu, nilai Fo tidak didasarkan pada perhitungan nilai Fo pada suhu konstan, tetapi harus dihitung berdasarkan total panas yang diterima oleh mikroba selama proses pemanasan / pendinginan. Pada prinsipnya, proses pemanasan pada suhu tertentu memiliki efek pembunuhan mikroba (lethal effect), yang biasanya dinyatakan dengan nilai letalitas (lethal value atau L). Untuk menghitung nilai sterilitas selama proses, maka perlu diketahui profil pindah panas dari medium pemanas ke dalam bahan, yaitu dengan melakukan pengukuran penetrasi panas.

•

•

Profil pindah panas akan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti karakteristik produk (bersifat konveksi atau konduksi), jenis dan ukuran kemasan, dan jenis medium pemanas. Pengukuran profil pindah panas ini dilakukan pada titik terdingin dari kemasan pada lokasi terdingin di dalam retort. Lokasi terdingin di dalam retort diperoleh dari hasil pengukuran distribusi panas Selama operasi retort, maka akan terjadi 3 fase, yaitu (a) fase venting dan come-up-time (CUT); (b) fase pemasakan atau proses pemanasan; dan (c) fase pendinginan. Dalam mengevaluasi proses panas yang diterapkan dalam proses pengalengan pangan, maka perlu dipertimbangkan kontribusi panas selama fase-fase tersebut. Oleh karena itu, perlu diukur laju penetrasi panas ke dalam kemasan selama fase-fase tersebut.

•

•

•

•

Data penetrasi panas digunakan untuk menentukan kurva hubungan antara suhu bahan terhadap waktu selama proses termal, mulai dari tahap pemanasan, holding hingga pendinginan. Pengukuran data penetrasi panas dilakukan dengan menggunakan termokopel yang dipasang pada titik terdingin dari kemasan dan dihubungkan dengan rekorder yang akan mencatat data perubahan suhu terha-dap waktu. Titik terdingin atau the coldest point (CP) dari kemasan adalah titik dari bagian kemasan yang paling lambat menerima panas selama proses termal. Pengukuran penetrasi panas dilakukan pada bagian retort yang paling lambat menerima panas, yaitu ditentukan dengan cara mengukur distribusi panas seba-gaimana telah dibahas terdahulu.

•

•

•

•

Dengan mengetahui data penetrasi panas, maka akan dapat diketahui profil perubahan suhu terhadap waktu dari bahan di dalam retort selama proses termal, mulai dari tahap pemanasan, holding pada suhu proses hingga pendinginan. Data penetrasi panas ini spesifik untuk setiap retort dan jenis produk tertentu, sehingga data ini perlu diperoleh untuk digunakan dalam perhitungan kecukupan proses termal. Pengujian penetrasi panas ini harus didisain untuk dapat menguji dengan tepat seluruh faktor kritis yang berhubungan dengan produk, pengemas dan proses yang mempengaruhi laju pemanasan. Dengan diketahuinya data penetrasi panas ini dapat ditentukan kombinasi perlakuan waktu dan suhu yang diberikan selama proses pasteurisasi / sterilisasi yang secara meyakinkan dapat memberikan efek sterilitas yang cukup (sehingga produk menjadi awet dan aman untuk dikonsumsi), tetapi juga tidak berlebihan sehingga tidak menyebabkan terjadinya kerusakan mutu (nilai gizi, warna, tekstur, dll) secara berlebihan yang dapat merugikan konsumen.

•

•

•

•

•

Titik terdingin menjadi perhatian penting dalam proses termal, karena apabila titik terdingin telah mendapat pemanasan yang mencukupi, maka titik-titik lain dalam kemasan dianggap sudah mendapat panas yang mencukupi pula. Penentuan titik terdingin produk dapat diperkirakan dari sifat perambatan panas yang terjadi (konveksi atau konduksi), bentuk kemasan dan ukuran headspace. Gambar 9.1 memperlihatkan titik terdingin dari perambatan panas secara konduksi dan konveksi di dalam kaleng silinder. Titik terdingin kemasan ditentukan oleh karakteristik pindah panas yang terjadi di dalam bahan pangan, yaitu apakah bersifat konveksi atau konduksi. Pindah panas secara konveksi di dalam kemasan terjadi karena dua macam, yaitu akibat perubahan densitas dari cairan yang disebabkan oleh perubahan suhu pada dinding kaleng (disebut konveksi alami atau free/natural convection) atau terjadinya pergerakan karena pergerakan kemasan oleh rotasi (disebut forced convection).

•

•

•

•

Proses pindah panas secara konveksi dimulai dari pindah panas secara konduksi saat menembus dinding kaleng dan mengenai cairan di bagian dinding kaleng. Hal ini menyebabkan suhu cairan pada dinding kaleng meningkat dan densitasnya menurun sehingga cairan akan bergerak ke atas. Pada saat cairan ini menyentuh cairan di bagian headspace, cairan ini akan bergerak ke bagian pusat kaleng. Sementara itu cairan yang lebih dingin akan bergerak menggantikan daerah di bagian dinding kaleng. Selama proses pindah panas ini, suhu cairan akan semakin seragam dan menyebabkan driving force akan semakin kecil, sehingga kecepatan pergerakan fluida akan semakin menurun. Dalam proses pindah panas secara konduksi, panas akan merambat dari dinding kaleng ke pusat kaleng dari segala arah. Dengan demikian, titik terdinginnya akan berada di pusat kemasan.

•

•

•

Untuk kasus kemasan berbentuk silinder (misalnya kaleng), titik terdingin untuk produk pangan berbentuk cair yang mengalami pindah panas secara konveksi akan berada di titik tengah di 1/3 ketinggian kaleng bagian bawah kemasan. Sedangkan untuk produk pangan berbentuk padat yang mengalami pindah panas secara konduksi, titik terdingin akan berada di titik tengah pusat kaleng (lihat Gambar 9.1). Oleh karena itu, ujung termokopel dipasangkan dipasangkan pada bagian-bagian tersebut. Untuk produk yang dikemas dengan pengemas yang mempunyai bentuk dan bahan lain (seperti pangan semi-solid), maka posisi titik terdinginnya harus dicari dengan cara mengukur kecepatan panas pada seluruh daerah dalam kemasan. Caranya dengan memasang 2-3 termokopel pada titik-titik di dalam kemasan yang diduga lambat menerima panas. Dari pencatatan data profil suhu ini akan dapat diketahui titik mana yang merupakan titik terdingin dalam kemasan tersebut.

•

•

•

•

•

Selama proses pasteurisasi atau sterilisasi berlangsung, akan terjadi tiga fase perubahan suhu terhadap waktu, yaitu (a) fase pemanasan (heating), (b) fase holding; dan (c) fase pendinginan Terdapat perbedaan profil suhu antara suhu retort dan suhu bahan seperti dapat dilihat pada Gambar 9.2. Selama proses fase pemanasan, suhu retort akan meningkat suhunya sehingga mencapai suhu proses yang diinginkan. Pada fase ini terdapat tahap venting Dalam proses sterilisasi, proses venting umumnya tercapai hingga suhu sekitar 100 0C. Adanya proses venting ini, kurva pemanasan tidak berbentuk garis lurus, tetapi membentuk patahan pada suhu 100 0C. Setelah tahap ini suhu retort meningkat hingga suhu proses. Keseluruan proses sejak uap dialirkan, venting hingga suhu retort mencapai suhu yang diinginkan disebut dengan istilah Come Up Time (CUT). Fase holding, yaitu mempertahankan suhu retort pada suhu proses yang diinginkan Fase pendi-nginan (cooling), yaitu menurunkan suhu retort pada suhu tertentu.

•

•

Pada kenyataannya, suhu bahan pangan di dalam retort akan mencapai suhu yang lebih rendah dibandingkan suhu retortnya (T R), karena panas harus berpenetrasi ke wadah dan mencapai titik terdinginnya. Gambar 9.2 menunjukkan profil suhu retort (T R) dan suhu kaleng (T C). Suhu retort berangsur meningkat hingga mencapai suhu yang diinginkan, yaitu 250 0F. Setelah mencapai suhu tersebut, suhu retort dipertahankan selama beberapa waktu (holding), kemudian didinginkan (cooling). Suhu kaleng pun meningkat selama proses pemanasan, tetapi selalu lebih rendah dibanding suhu retortnya.