Karateristik Pembekuan Vakum dan Pembekuan Lempeng Sentuh Pulp Markisa
KARAKTERISTIK PEMBEKUAN VAKUM DAN PEMBEKUAN
LEMPENG SENTUH PULP MARKISA
OLEH :
AlNUN ROHANAH
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
ABSTRAK
AlNUN ROHANAH. KaraMeristik Pembekuan Vakum dan Pembekuan Lempeng
Sentuh Pulp Markisa. Dibimbing ofeh ARMANSYAH, H. TAMBUNAN dan Y. ARlS
PURWANTO.
Pernilthan metode pembekuan merupakan salah satu aspek yang penting,
khususnya dari sisi keteknikan. Pembandingan karakteristik pembekuan dan mutu
produk yang dibekukan dengan berbagai metoda dapat digunakan untuk keperluan
tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk rnelakukan perbandingan karakteristik
pembekuan antara metoda pernbekuan ~ k u r dan
n
rnetoda pembekuan lempeng
sentuh.
Bahan yang dibekukan adalah pulp markisa. Parameter banding yang
digunakan adalah perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air yang rnenguap,
jumlah air tak beku dan parameter mutu seperti warna, kandungan protein dan
kandungan vitamin C serta konsurnsi energi
Hasil penelitian rnenunjukkan bahwa metode pernbekuan vakum lebih baik
datam rnemberikan profil dan sebaran suhu yang lebih seragam, rnempunyai laju
pembekuan yang lebih cepat (sebesar 6.54 cm/jam, 5.61 cmljam, 5.37 cmljarn dan
terrnasuk dalam kategori pembekuan cepat), warna bahan sedikit mengalami
perubahan dan lebih baik mempertahankan kandungan protein.
Sebaliknya rnetoda pembekuarr lempeng sentuh mempunyai laju pembekuan
sebesar 2.15 cmljarn, 2.64 cm/jam, 2.62 cm/jam dan termasuk dalam kategor~
pernbekuan sedang, lebih baik dalam rnempertahankan kadar air (65.78 - 81.34 kali
lebih kecil daripada pembekuan pembekuan vakum) dan kandungan v~taminC
bahan, serta rnengkonsumsi energi yang lebih rendah karena tidak membutuhkan
energi untuk menvakumkan ruangan pembeku.
SU RAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan tesis yang berjudul
KARAKTERISTIK PEMBEKUAN VAKUM DAN PEMBEKUAN LEMPENG
SENTUH PULP MARKISA
Adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan.
Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas
dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 1 Mei 2002
Nrp : 98195
KARAKTERISTIK PEMBEKUAN VAKUM DAN PEMBEKUAN
LEMPENG SENTUH PULP MARKISA
OLEH :
AlNUN ROHANAH
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi llmu Keteknikan Pertanian
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Judul Tesis
Nama
NRP
Program Studi
: KaraMeristik Pembekuan Vakum dan Pembekuan Lempeng
Sentuh Pulp Markisa
: Ainun Rohanah
: 98195
: llmu Keteknikan Pertanian
Menyetujui,
1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Armansvah H. Tambunan. MAgr
Ketua
Dr. Ir. Y. Aris Purwanto MSc
Anggota
Mengetahui
ram Pascasarjana
Dr. Ir. Kudana Boro Seminar. MSc
Tanggal Lulus : 28 Februari 2002
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 2 Januari 1974 sebagai anak
bungsu darj pasangan (Alrn) Drs.
Rachmat NUF Hidayat dan Hj. Sudiasih.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Mekanisasi Pertanian, Fakultas
Pertanian USU Medan, tahun 1992 dan lulus pada tahun 1997. Pada tahun 1998
penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke Program Pascasarjana IPB
pada Program Studi llrnu Keteknikan Pertanian. Beasiswa Pendidikan Pascasarjana
diperoleh dari Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan RI.
Penulis menikah dengan Usman Budi, SPt pada tanggal 27 Februari 2000
dan dikaruniai seorang putra Aulia Fikri Usrnan (21 Januari 2001). Penulis bekerja
sebagat Staf Pengajar di Fakultas Pertanian USU Medan sejak tahun 1997.
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SVVT atas segala KaruniaNya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Juni sampai dengan bulan September 2000 di Laboratorium Pindah Panas dan
Massa Fakultas Teknologi Pertanian lnstitut Pertanian Bogor, dengan judul
Karakteristik Pembekuan Vakurn dan Pembekuan Lempeng Sentuh Pulp Markisa.
Penelitian ini mencoba untuk rnernbekukan pulp Markisa dengan metoda
pembekuan baru yaitu pernbekuan vakurn, dan selanjutnya mernbandingkan
karakteristik pembekuannya dengan pernbekuan lempeng sentuh.
Pada
kesempatan ini
penulis ingin mengucapkan terirna
kasih dan
penghargaan atas jasa-jasa masing-masing narna yang tersebut di bawah ini.
Penuljs rnengucapkan terirna kasih kepada Dr. fr. Armansyah H. Tambunan, MAgr
sebagai ketua komisi pembtrnbing dan Dr. Ir. Y . Aris Punvanto, MSG sebagai
anggota komisi pernbimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran
sejak persiapan penelltian , selama penelitian sampai penyelesaian tesis ini.
Kepada Direktorat Pernbinaan Sarana Akademik Direktorat Jendral Pendidikan
Tinggi Departernen Pendidikan dan Kebudayaan, selaku pernberi dana beasiswa
(BPPs) dan Universitas Surnatera Utara yang telah memberi bantuan berupa dana
pendidikan.
Terirna kasih, terutama kepada suami terkasih Usrnan Budi dan ananda
tersayang Uul yang telah memberikan dorongan sernangat dan curahan kasih
sayang yang tak terhingga serta dopayang tulus yang selalu menyertai penulis
dalam menernpuh pendidikan Pascasarjana.
lbunda Hj. Sudiasih, terima kasih atas segala dukungan serta do'arnu dan
kakak-kakakku (Luluk Fatchurrohrnan, Zain Muttaqin) terutama Muhammad Rosyidi
yang tetah rnemberikan bantuan rnoril dan materil yang sangat berharga selama
penulis rnengikuti pendidikan Pascasajana.
Rekan-rekan rnahasiswa, ternan sejawat dan kawan-kawan darl Medan serta
sernua pihak yang telah mernbantu selarna penulis menyelesaikan pendidikan
Program Pascasarjana, penulis ucapkan terima kasjh
Sernoga tesis ini bermanfaat bagi bidang teknologi pertanian, khususnya
teknologi pernbekuan.
DAFTAR IS1
Halaman
PRAKATA
.........................................................................................
I
DAFTAR IS1.............................................................................................
iii
DAFTAR TABEL .....................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................
vii
PENDAHULUAN
................................................................................
Latar Belakang
..
Tujuan Penelltlan ...........................................................................
I
3
TINJAUAN PUSTAKA
Buah Markisa .................................................................................
Pernbekuan ....................................................................................
Pernbekuan Vakurn..................................................................
Perubahan Suhu ......................................................................
Laju Pembekuan......................................................................
Kehilangan Air ..........................................................................
AirTakBeku ............................................................................
Sifat Fisik Produk Beku .........................................................
4
5
7
9
I0
11
12
12
METODE PENELlTlAN
Tempat dan WaMu Penelitian .......................................................
Alat dan Bahan ...............................................................................
Mesin Pernbeku Vakum ...........................................................
Alat Ukur..................................................................................
Mekanisme Kerja Alat Pernbeku Vakurn...................................
Wadah Contoh .........................................................................
Bahan ......................................................................................
Prosedur Penelitian dan Pengukuran ..............................................
Pengarnatan dan Pengolahan Data.................................................
Pengamatan ..........................................................................
Pengolahan Data ....................................................................
Penentuan Mutu Hasil Pernbekuan.................................................
16
16
16
17
18
19
20
20
22
22
23
27
HASlL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Pernbekuan.................................................................
Perubahan Suhu .....................................................................
Laju Pernbekuan......................................................................
Jurnlah Air yang Menguap........................................................
Jurnlah Air Tak Beku ...............................................................
28
28
34
38
40
Mutu Produk Beku ..........................................................................
Warna ......................................................................................
Protein .....................................................................................
Vitamin C .................................................................................
Konsumsi Energi ................... .
.
.....................................................
KES l MPULAN D A N SARAN ..........................................................
DAFTAR PUSTAKA.................................................................................
LAMPIRAN..............................................................................................
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Sifat termodinamika air ..................................................................
8
2.
Data berat awal dan berat akhir bahan serta persentasi air yang
menguap ........................................................................................
39
3.
Ringkasan data hasil pengukuran ..............................................
44
4.
Nilai kromatisitas pulp markisa sebelum dan sesudah pembekuan .
45
5.
Has11analisa proximate pulp Markka pada ulangan ke-2.................
46
6.
Konsumsi energi pada proses pembekuan vakum dan proses
pembekuan lempeng sentuh .........................................................
49
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Diagram fase untuk air ...................................................................
8
Mesin pernbeku vakum ..................................................................
19
Skema wadah contoh......................................................................
20
Titik pengukuran pada bahan ..........................................................
21
Profil suhu dan tekanan selama proses pembekuan vakum II ........
29
Profil suhu selama proses pembekuan lempeng sentuh 11 ...............
29
Distribusi suhu rata-rata bahan pada ulangan II ..............................
32
Perbandingan antara suhu jenuh air dengan suhu coldtrap pada
pembekuan vakum pada ulangan II ...........................................
32
Perbandingan beda suhu antara suhu media dengan suhu rata-rata
bahan pada ulangan II ....................................................................
32
Perbandingan laju pembekuan tiap-tiap contoh ...............................
35
Hubungan antara konduktivitas panas bahan dan waMu pada proses
pembekuan vakum dan pembekuan lempeng sentuh pada
ulangan 11 .......................................................................................
37
Perbandingan persentase air yang menguap ..................................
39
Hubungan antara persen air tak beku dengan suhu rata-rata pada
ulangan II ....................................................................................
41
Hubungan antara persen air tak beku dengan waktu pada
Ulangan II ......................................................................................
41
Perbandingan kandungan protein pada bahan hasil pembekuan vakurn
48
dan pembekuan lempeng sentuh....................................................
Perbandingan kandungan vitamin C pada bahan hasil pembekuan
vakum dan pembekuan lempeng sentuh ........................................
48
DAFTAR LAMPIRAN
Komposisi buah rnarkisa (Asam) dibandingkan dengan beberapa buah
lain per 100 gr buah yang dapat dimakan .......................................
54
Gambar alat pembeku vakum .........................................................
55
Bagan alir penelitian pembekuan pulp Markisa ...............................
56
Profil suhu dan tekanan masing-masing percobaan pada
pembekuan vakum .........................................................................
57
Profil suhu masing-masing contoh selama pernbekuan
lernpeng sentuh ..............................................................................
58
Distribusi suhu rata-rata bahan pada masing-masing percobaan ....
59
Perbandingan suhu jenuh air dengan suhu coldtrap masing-masing
percobaan pada pembekuan vakurn ...............................................
60
Perbandingan beda suhu antara suhu media dengan suhu
rata-rata bahan pada masing-masing percobaan ............................
61
Perhttungan laju pembekuan ..........................................................
62
Kurva penurunan suhu pada proses pembekuan............................
63
Kurva pembekuan air dan larutan yang rnengandung bahan terlarut
64
Perhitungan kebutuhan daya kompresor.........................................
65
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia rnemiliki keanekaragaman komoditi hortikultura, khususnya buahbuahan, yang rnernpunyai peluang dan potensi produksi yang besar di Indonesia.
Buah-buahan juga
rnerupakan salah satu kornoditi pertanian yang banyak
dibudidayakan dan diusahakan karena mernpunyai nilai ekonomi yang tinggi.
Buah Markisa (Passiflofa edulis) rnerupakan salah satu diantara banyak
buah-buahan yang ada di Indonesia. Buah Markisa banyak dirnjnati baik dalam
bentuk buah segar rnaupun setelah rnenjadi sirup (Untung, et a/. 1992). Buah
Markisa banyak mengandung passiflorine yang berkhasiat untuk rnenentrarnkan urat
syaraf, selain itu juga sebagai surnber vitamin C dan A (Nilasari, 1999). Buah
rnarkisa mempunyai aroma yang khas dan mutu jus yang tinggi sehingga rnarkisa
umumnya dikonsumsi dalarn bentuk olahan jus.
Seperti urnurnnya bahan-bahan hasil pertanian lainnya, rnarkisa juga
terrnasuk buah yang cepat rusak, oteh karena itu diperlukan suatu penanganan yang
cepat dan tepat untuk dapat rnenghambat kerusakannya.
Salah satu alternatif
pengolahannya yaitu dengan mernbuatnya rnenjadi pulp markisa. Pulp rnarkisa
adalah biji markisa yang masih bersatu dengan lemaknya yang telah dipisahkan dari
kulit buah. Pulp markisa rnudah mengalami kerusakan karena mempunyai kadar air
yang tinggi. Karena sifatnya yang rnudah rusak pada kondisi lingkungan terbuka,
rnaka perlu suatu rnetoda pengawetan yang dapat menghindari kerusakan. Salah
satu cara pengawetan adalah dengan pernbekuan.
2
Pembekuan merupakan suatu cara pengawetan bahan pangan dengan cara
rnembekukan bahan pada suhu di bawah titik beku pangan tersebut.
Dengan
membekunya sebagian kandungan air bahan atau dengan terbentuknya es
(ketersediaan air menurun), maka kegiatan enzim dan jasad renik dapat dihambat
atau dihentikan sehingga dapat mempertahankan mutu bahan pangan. Mutu hasil
pembekuan masth mendekati buah segar walaupun tidak dapat dibandingkan
dengan mutu hasil pendinginan.
Laju
pembekuan merupakan faktor yang
rnenentukan pada proses
pembekuan. Laju pembekuan akan menentukan struktur produk beku dan waktu
pembekuan. WaMu yang diperlukan untuk pembekuan merupakan ha1 yang perlu
dipertimbangkan dalam merancang proses.
Pembekuan lambat akan merusak
bahan pangan yang dibekukan karena kristal yang dihasilkan berukuran besar.
Kristal es runcing-runcing bentuknya dan tajam, pada ukuran yang relatif besar akan
menyobek dinding sel. Hal ini baru diketahui pada waktu thawing yaitu pada waktu
suhu bahan dikembalikan ke suhu kamar. Kerusakan dinding sel menyebabkanzat
gizi bahan keluar bersama cairan sel dan gizi bahan menjadi berkurang. Tekstur
bahan juga akan berubah karena dinding sel pecah. Hal ini dapat dicegah bila laju
pembekuan cukup cepat sehingga kristal es yang terbentuk berukuran kecil dan
seragam.
Menurut Tambunan, et a/. (2000),rnetode pembekuan yang umum
digunakan pada industri pembekuan pangan dapat dikelompokkan menjadi metode
mekanik dan metode cryogenic. Pembeku mekanik yang umum digunakan adalah
blast freezer, air impingiment blast freezer, plate freezer dan fluidized bed freezer.
Kebanyakan mesin pembeku mekanik mengunakan CFC sebagai media penyerap
panas (refrigeran).
Tetapi, sesuai dengan protokol Montreal yang melarang
penggunaan CFC rnulai tahun 2000, banyak industri pernbekuan yang telah rnulai
mengganti sistem refrigerannya. Udara, nitrogen cair (LN2) dan karbon dioksida
(GO2) adalah gasfcairan cryogenic yang paling urnurn dan aman digunakan di
industri pangan.
Penerapan gas cryogenic pada industri pernbekuan pangan
mernpunyai beberapa keunggulan, antara lain : dapat rnenurunkan kehilangan kadar
air dan rasa, menurunkan waktu pernbekuan, rnengurangi ukuran kristal pada saat
pernbekuan dan merninirnalkan kerusakan sel. Akan tetapi, jika proses pembekuan
dengan gas cryogenic tidak dikendalikan dengan baik, akan dapat rnerusak bahan
hasil pernbekuan karena suhu cryogenic yang sangat rendah.
Salah satu alternatif rnetode pernbekuan adalah pernbekuan vakum, dengan
rnetoda pembekuan ini diharapkan akan diperoleh laju pembekuan yang cepat
sehingga dapat rnenurunkan waMu pembekuan dan kehilangan rnutu. Penggunaan
refrigeran secara
rnekanik pada metode pernbekuan vakurn hanya untuk
mernerangkap uap alr, sehingga penggunaan CFC dan biaya operasi dapat
dikurangi, sekaligus meningkatkan effisiensi penggunaan energi.
Pada dasarnya pernbekuan vakurn rnerupakan uapaya mernbekukan
sebagian kandungan air bahan pangan dengan tekanan yang rendah dan suhu
ruangan di bawah titik beku pangan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik pernbekuan vakurn
pulp rnarkisa dan mernbandingkannyadengan metode pernbekuan lempeng sentuh.
TINJAUAN PUSTAKA
Buah Markisa
Markisa berasal dari Brazit bagian selatan yang tumbuh di pinggiran hutan
hujan tropis. Markisa tersebut kemudian menyebar ke seluruh benua Amerika dan
Asia.
Menurut Winks, et a/.(1988), terdapat dua jenis buah markisa yang bisa
dimakan yaitu markisa dengan kulit buah ungu (Passiflofa edulis Sims f . edulis Deg)
dan rnarkisa dengan kulit buah kuning (Passiflofa edulis Sims f . flavicarva Deg).
Markisa ungu hanya dapat tumbuh di daerah sub tropis dan di daerah tinggi tropis
dengan ketinggian ?000 - 1750 meter di atas perrnukaan laut dan curah hujan 1500
-2000 rnm per tahun. Sedangkan rnenurut Verhej dan Caronel (3977)markisa ungu
akan tumbuh baik jika ditanam pada ketinggian 122 - 2000 meter di atas permukaan
laut dengan pH 6-8, curah hujan 2000-3000 mm pertahun, tetapi dapat juga turnbuh
baik pada curah hujan minimum 900 mm, asalkan merata sepanjang tahun. Markisa
kulit buah kuning mudah beradaptasi sampai di daerah rendah.
Markisa merupakan tanaman menjalar tahunan berumur pendek, batangnya
agak keras dengan panjang mencapai 15 meter. Batang tidak berbulu, beralur dan
benvarna hijau.
Sulur rnuncul di ketiak daun dan berbentuk spiral.
Daun
berpenumpu dan bertangkai, pada waMu muda daun tidak bercuping dan kernudian
bercuping tiga menjelang dewasa (Verhej dan Caronet, 1997).
Dwiragupti (1992), menyatakan buah markisa ungu, kulitnya berwarna ungu
gelap rnendekati coklat tua jika rnatang dan hijau ketika masih muda, bentuknya
bulat agak lonjong (oval) dengan diameter 5
-
5.5 cm.
Markisa jenis ini banyak
digunakan sebagai bahan baku sirup sari buah, karena rasanya yang khas, asam
dengan aroma wangi yang kuat. Buah ini banyak dijumpai di daerah Kabupaten
5
Karo, Surnatera Utara dan di Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. Di kedua daerah
tersebut, buah ini bernarna rnarkisa siuh atau markisa asarn. Sedangkan markisa
kuning pada waktu rnuda kulitnya berwana hijau kemudian berubah rnenjadi bintikbintik putih setelah matang. Ukuran rnarkisa kuning lebih besar dari markisa ungu.
Markisa kuning ini banyak dijurnpai di Kabupaten Solok, Surnatera Barat.
Pembekuan
Pembekuan merupakan salah satu rnetoda untuk pengawetan bahan pangan.
Pernbekuan dapat rnempertahankan rasa dan nilai gizi bahan pangan yang lebih
baik daripada rnetoda lain, karena pengawetan dengan suhu rendah (pembekuan)
dapat rnengharnbat aktivitas rnikroba rnencegah terjadinya reaksi-reaksi kirnia dan
akt~vitasenzirn yang dapat rnerusak kandungan gizi bahan pangan. Walaupun
pembekuan dapat mereduksi jumlah rnikroba yang sangat nyata tetapi tidak dapat
rnensterilkan rnakanan dari rnikroba (Frazier, 1977)
Menurut Tarnbunan (7999), pernbekuan berarti pernindahan panas dari
bahan yang disertai dengan perubahan fase dari cair ke padat, dan merupakan
salah satu proses pengawetan yang umurn dilakukan untuk penanganan bahan
pangan.
Pada proses pernbekuan, penurunan suhu akan rnenurunkan aktifitas
mikroorganisrna dan sistern enztrn, sehingga mencegah kerusakan bahan pangan.
Selain itu, kristalisasi air akibat pernbekuan akan rnengurangi kadar air bahan dalam
fase cair di dalam bahan pangan tersebut sehingga mengharnbat perturnbuhan
mikroba atau aktivjtas sekunder enzim.
Secara urnum, rnetoda pernbekuan dapat dikelompokkan menjadi metoda
mekanik dan rnetoda cryogenic. Beberapa jenis peralatan pernbeku mekanik yang
urnum digunakan adalah:
-
Blast freezer
Metoda ini rnenggunakan udara berkecepatan tinggi yang dialirkan rnelalui koil
pendingin dan disirkulasikan di dalam ruangan berinsulasi. Perpindahan panas
terjadi secara kunveksi, dapat dirancang dalarn berbagai konfigurasi tergantung
pada bahan dan kapasitas, serta dalam sistem batch atau kontinyu.
pembekuan umurnnya berkisar pada - 40
OC,
Suhu
laju pernbekuan relatif lambat,
serta menyebabkan kehilangan air yang cukup besar dari perrnukaan dan
pernbentukan kristal es yang besar.
-
Air impingiment Blast Freezer
Pembekuan ini adalah modifikasi jenis blast freezer dengan semburan udara
berkecepatan lebih tinggi langsung ke perrnukaan bahan, yang bertujuan untuk
rnenyibakkan lapis batas udara (air boundary layer) yang rnenyelirnuti
perrnukaan bahan, untuk rnernaksirnalkan koefisien pindah panas permukaan
sehingga rnernberikan laju pembekuan yang lebih cepat dan kehtlangan air dari
perrnukaan lebih rendah.
-
Contact Plate Freezer (pernbeku lempeng sentuh)
Metode pindah panas pada jenis pernbeku ini adalah konduksi, rnenggunakan
amonia sebagai refrigeran, dan suhu pernbekuan dapat rnencapai - 40
-
OC.
Fluidized-bedFreezer
Metoda pernbekuan ini rnernanfaatkan konsep air blast untuk pernbekuan cepat
secara
individu (individually quick freezing ; IQF) bahan pangan yang
rnernpunyai bentuk dan ukuran konsisten. Sistem terdiri dari perforatedbeddan
rnelalui lubang-lubang tersebut udara dingin berkecepatan tinggi dipaksa
rnengalir oleh kerja kipas dan rnenyebabkan bahan rnernbeku dengan cepat.
7
Proses pembekuan terjadi secara bertahap dari permukaan sampai pusat
bahan. Pada pemukaan bahan, pembekuan berlangsung cepat sedangkan pada
bagian yang lebih dalam, proses pernbekuan berlangsung lambat (Brennan, 1981).
Pada awal proses pembekuan, terjadi fase preceding dimana suhu k h a n
diturunkan dari suhu awal ke suhu titik beku. Pada tahap ini semua kandungan air
bahan berada pada keadaan cair (Holdworth, 1968). Setelah tahap precooling
terjadi tahap perubahan fase, pada tahap ini terjadi pembentukan kristat es
(Heldman dan Singh, 1981). Pada prinsipnya pembekuan baru dimulai pada saat
suhu permukaan mencapai -1 O C , yaitu pada saat dimulainya pembentukan kristal
es (Ramaswany dan Tung, 1984).
Pernbekuan Vakum
Berdasarkan sifat termodinarnika air, pembekuan dapat dilakukan dengan
proses vakum, yaitu penurunan suhu titik didih air pada tekanan rendah (Tabel 1 dan
Gambar 1). Jika suatu bahan pangan ditempatkan pada suatu ruangan bertekanan
lebih rendah dari tekanan jenuh yang bersesuaian dengan suhu air di dalam bahan,
maka akan terjadi penguapan sebagian air dari bahan yang membutuhkan panas
laten penguapan. Panas laten tersebut diambil dari bagian bahan lainnya sehingga
terjadi penurunan panas sensibel dan menyebabkan penurunan suhu. Penurunan
suhu tersebut akan berlangsung hingga terjadi keseimbangan antara suhu bahan
dengan suhu jenuh yang bersesuaian dengan tekanan dalarn ruang tersebut
(Tambunan,l993).
Tekanan
(kPa)
Tabel I . Sifat termodinamika air
Suhu Titik Didih
Panas Laten
("C)
Penguapan (kJ/kg)
Volume Jenis Uap
(m3/kq)
701.3
100.0
2257.0
Sumber : Keenan, ef a/,(1978) ; Moran, eta/,(1988)
Garnbar 1. Diagram fase untuk air, gambar tidak menggunakan skala (Heldman dan
Singh 1981).
Pada awalnya fenomena ini dimanfaatkan untuk mendinginkanbahan pangan
dan disebut metoda pendinginan vakum. Dengan beberapa modifikasi, fenomena
tersebut dapat dimanfaatkan untuk membekukan bahan pangan yang mengandung
air, sehingga dapat d~sebutdengan metoda pembekuan vakum.
9
Aspek keteknikan pada pernbekuan pangan mencakup berbagai bidang yang
cukup menarik.
Dalam upaya merekayasa suatu instalasi refrigerasi untuk
pembekuan pangan, diperlukan informasi tentang
perubahan entalpi yang
berlangsung selama proses pembekuan dan laju pembekuan yang diinginkan.
Perubahan Suhu
Perubahan suhu bahan selama pembekuan menurun secara berangsurangsur selarna panas laten pernbekuan dilepaskan dari air yang terdapat dalam
bahan.
Proses pembekuan mempunyai dua sifat yang khas, jika dibandingkan
dengan pembekuan pada air murni. Pertama, suhu pada awal pembentukan kristal
es pada bahan lebih rendah dari pada suhu pada awal pembentukan kristal es pada
air murni.
Kedua, panas laten pembekuan dilepaskan secara berangsur-angsur
selama penurunan suhu bahan. Keadaan sebenarnya dari kurva suhu-waktu akan
bervariasi tergantung dari komposisi produk dan struktur produk (Heldman dan
Taylor, 1997).
Proses pelepasan panas atau penurunan suhu selama pembekuan,
berlangsung selama tiga tahap (Lampiran 10). Tahap pertama, penurunan suhu
yang berlangsungcepat hingga sedikit di bawah O°C,yakni saat air mulai membeku.
Tahap kedua, yakni tahap penahanan panas. Artinya pelepasan panas dari bahan
berlangsung lambat dan sukar, berhubung bagian terbesar dari air bahan harus
diubh menjadi kristal es. Hal ini berlangsng pada wilayah suhu antara O°C sld
doc.
Tahap ketiga, yakni pembekuan selanjutnya air tersisa mencapai suhu operasi yang
ditentukan sebelumnya, yang sama dengan suhu operasi penyimpanan beku.
Laju Pembekuan
Salah satu pertimbangan pernilihan suatu proses dalam industri pernbekuan
pangan beku adalah laju pernbekuan.
Laju pernbekuan tidak saja rnenentukan
struktur akhir produk beku, tetapi juga rnempengaruhi lama pernbekuan (Heldrnan
dan S~ngh,1981).
Menurut Lembaga Refrigerasi International (1971), laju pembekuan suatu
massa pangan adalah ratio antara jarak mjnirnal antara perrnukaan dengan titik
pusat termal dibanding dengan waMu yang diperlukan oleh produk pangan
rnencapai suhu 0
O C
pada permukaan bahan sarnpai rnencapai suhu -5
O C
pada
pusat terrnal bahan
Salah satu variasi terhadap definisi Lernbaga Refrigerasi lnternational ialah
Thermal Arrest Time (TAR), rnenurut definisi ini ,laju pernbekuan ialah pengukuran
waktu yang dibutuhkan titik yang paling larnbat rnembeku pada produk, untuk
menurunkan suhu dari 0
O C
menjadi -5
O C .
Sedangkan Heldrnan dan Singh (1981) rnengatakan laju pembekuan ialah
pengukuran waMu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu produk pada titik yang
paling lambat rnenjadi dingin atau beku, dihitung dari saat tercapainya titik beku awal
sarnpai tercapainya tingkat suhu yang diinginkan di bawah titik beku produk tersebut.
Meskipun disadari bahwa definisi ini tidak terlepas dari kekurangan, agaknya masih
rnerupakan komprorni terbaik bila dibandingkan dengan keunggulan dan kelernahan
definisi lain (Heldrnan dan Singh, 1981).
Laju pernbekuan dapat diatur dan sangat rnenentukan sifat dan rnutu produk
beku yang dihasilkan. Sifat produk yang diakibatkan oleh pernbekuan yang sangat
cepat sangat berbeda dari produk yang dihasilkan dari pembekuan lambat.
Pembekuan yang sangat cepat akan rnenghasilkan kristal es yang kecil tersusun
11
secara merata pada jaringan. Sedangkan pembekuan larnbat akan rnenyebabkan
terbentuknya kristal es yang besar yang tersusun pada ruang antar sel dengan
ukuran pori yang besar. Dari segi kecepatan berproduksi, pernbekuan secara sangat
cepat dianggap menguntungkan, selama mutu produk yang dihasilkan tidak
dikorbankan (Heldman dan Singh, 1981).
King (1971) membagi laju pembekuan ke dalam 3 golongan yaitu ; (1).
Pernbekuan lambat, jika waktu pembekuan adalah 30 rnenit atau lebih untuk Icrn
bahan yang dibekukan, (2). Pembekuan sedang , jika waktu pembekuan adalah
20-30 rnenit atau lebih untuk 1 cm bahan yang dibekukan dan, (3). Pembekuan
cepat, jika waktu pernbekuan adalah kurang dari 20 rnenit untuk 1 crn bahan yang
dibekukan.
Kehilangan Air
Kehilangan air dari makanan mernpunyai konsekuensi ekonorni yang penting
dan rnendapat lebih banyak perhatian.
Hal Int rnerupakan faktor utarna dan
terkadang rnenjadi faktor pembatas pada tingkat kehidupan bahan makanan.
Kehilangan uap air dapat juga ditunjukkan dengan terjadinya frwzerbum, suatu
penampilan glasi dalam beberapa produk daging yang diakjbatkan oleh adanya
rongga-rongga kecil di bagian belakang dari es yang telah tersublimasi (Kaess,
1961), keputih-putihan dan tampak seperti kayu pada daging yang telah diawetkan
rnelalui pengeringan. Kadang-kadang potongan-potongan kecil itu disebabkan oleh
kerusakan atau ketidaksernpurnaan pembungkus sehingga penarnpilannya tidak
dapat diterirna.
Kehilangan kualitas secara visual terkadang berkenaan dengan
freezerburn. Perpindahan uap di dalam produk beku yang dibungkus menghasilkan
forrnasi es di dalarn pernbungkus yang kurang menarik.
12
Sekalipun penerirnaan dan sifat-sifat kualitas lainnya tidak dipengaruh~,
perpindahan uap rnernpunyai pengaruh kuantitas yang berarti di dalarn kehilangan
berat. Air yang hilang mempunyai nilai ekonorni yang sarna seperti produk yang
rnenguap dan sangat rnernpengaruhi keuntungan suatu perusahaan (Pharn dan
Mawsen, 1997)
Air Tak Beku
Air di dalam bahan pengan berada dalam dua (atau lebih) keadaan. lstilah
yang urnurn digunakan adalah air terikat dan air bebas. Sebagian rnenerima definisi
air terikat sebagai air yang tidak dapat membeku pada suhu - 5 O F .
Sebatiknya air
bebas rnenunjukkan sifat-sifat fisik dan kirnia air yang cair atau mernbeku sesuai
dengan kondisi larutannya. Dalarn daging ikan, para peneliti telah rnendapatkan
bahwa sampai dengan -30°F masih terdapat sebagian air yang bersifat non kristal,
rneskipun jumlahnya kecil sekali.
Air terikat berada dalarn keadaan yang lebih
proporsional dengan kandungan air bebas daripada zat padat dalam sistem. Dalam
ha1 ini ada suatu pergeseran jurnlah air terikat yang disebabkan karena pernbekuan
[Desrosier, 1988).
Sifat Fisik Produk Beku
Perubahan rnutu pangan selarna pernbekuan dan thawing berperan penting
dalam penerirnaan konsumen sebagai bahan rnakanan beku.
Perubahan mutu
selarna pembekuan disebabkan oleh laju pernbekuan, suhu penyimpanan dan
fluktuasi suhu selarna penyirnpanan, serta lama penyirnpanan. Sehingga perubahan
rnutu penting sekali untuk rnenentukan kualitas bahan beku disernua bagian, dimulai
dari bahan segar sarnpai bahan setelah di-thawing (Mallikarjunan dan Hung, 1997).
13
Perubahan mutu yang coba dilihat pada penelitian ini adalah warna, protein dan
vitamin C.
1. Warna
Bagi konsumen penampilan fisik dan warna termasuk salah satu faMor yang
mempengaruhi dalam membuat keputusan untuk membeli bahan makanan. Warna
dapat didefinisikan sebagai penyebaran energi dari cahaya yang dipantulkan oleh
produk pangan atau cahaya yang diteruskan melalui produk pangan, tergantung dari
bagaimana cahaya tersebut bereaksi dengan komponen bahan pangan tersebut.
Pada reaksi tersebut pantulan cahaya menentukan warna dan penampilan bahan
(Mallikarjunan dan Hung, 1997).
Warna dapat diukur dengan menggunakan chromameter. Pantulan warna
dari chroma meter menggunakan tanda warna Yxy, dimana x dan y adalah sifat dari
warna (hue dan chroma) misalnya rnerah, kuning, hijau, biru. Sedangkan Y adalah
nilai persentasi kemurnian warna (purity of coloi).
Kemurnian dari beberapa
spectrum warna adalah 100%. Kemurnian dari warna putih adalah no1 (Mohsenin,
1983).
2. Protein
Protein merupakan salah satu kelompok bahan makronutrien. Tidak seperti
bahan makronutrien lain (lemak dan karbohidrat), protein ini berperanan lebih
penting dalam pembentukan biomolekul dartpada sebagai sumber energi. Namun
demikian apabila organisme sedang kekurangan energi, maka protein in terpaksa
dapat juga dipakai sebagai sumber energi. Kandungan energi protein rata-rata 4
kilokalori/grarn atau setara dengan kandungan energi karbohidrat (Sudarmadji, 199).
14
Pembekuan hanya menyebabkan sedikit
nilai gizi protein, sehingga
dimungkinkan untuk mendenaturasikan dengan perlakuan demikian. Hal ini dapat
dilihat dalarn proses pendadihan bahan-bahan yang berprotein terutama selama
pembekuan dan pencairan yang berulang-ulang. Walaupun nilai biologis protein
yang mengalami denaturasi, sebagai bahan pangan manusia, bahan pangan
tersebut mungkin akan berubah sama sekali karena perlakuan-perlakhan yang
demikian (Desrosier, 1988).
3. Vitamin C
Vitamin C atau asam askorbat mempunyai berat molekul 178 dengan rumus
molekul C6H8O6dalam bentuk kristal tidak betwarna, titik cair 190-192OC. Bersifat
larut dalam air, sedikit larut dalam aseton atau alkohol yang mernpunyai berat
rnolekul rendah.
Vitamin C mudah teroksidai, lebih-lebih apabila terdapat
katalisatoer Fe, Cu, enzim Askobat oksidase, sinar, ternperatur yang tinggi. Larutan
encer vitamin C pada pH kurang dari 7.5 masih stabil apab~latidak ada katalisator
seperti di atas (Sudarmadji, 1996).
Proses pembekuan bukanlah merupakan suatu proses yang merusak zat
gizi. Tapi kenyataannya menunjukkan bahwa makin rendah suhu bahan pangan
maka retensi zat gizi makin baik. Tetapi proses pengawetan bahan pangan dengan
pembekuan termasuk juga preparasi dan pengolahan komoditi itu. Selama dalam
tahap-tahap pengolahan dapat terjadi kehilangan-kehilangan zat gizi. Kehilangan
vitamin-vitamin berlangsung terus sepanjang pelaksanaan pengolahan, misalnya
selama balnsing dan pencucian, pemotongan dan penggilingan.
Terkenanya
jaringan-jaringan oleh udara akan menyebabkan hilangnya vitamin C karena
oksidasi.
Umurnnya kehilangan vitamin C terjadi bilamana jaringan dirusak dan
15
terkena udara. Selama penyirnpanan dalam keadaan beku kehilangan vitamin C
akan berlangsung terus.
Makin tinggi suhu penyirnpanan makin besar terjadinya
kerusakan zat gizi. Dalam bahan pangan beku kehilangan yang lebih besar dijumpai
terutama pada vitamin C daripada vitamin yang lain. Blansing untuk rnenginaktifkan
enzim adalah penting untuk rnelindungi tidak hanya vitamin-vitamin akan tetapi juga
kualitas bahan pangan beku pada umurnnya (Desrosier, 1988).
METODE PENEUTIAN
Ternpat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa Jurusan
Teknik Pertanian Fakultas Teknolog~Pertanian lnstitut Pertanian Bogor dari bulan
Juni-September 2000.
Analisa sifat fisik bahan dilakukan di PAU (Pusat Antar
Universitas) Pangan dan Giz~lnstitut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Mesin Pembeku Vakum
Penelitian dilakukan dengan menggunakan multi - purpose
vacuum
equipment yang dapat berfungsi sebagai mesin pembeku vakum. Spesifikasi teknis
komponen-komponen mesin tersebut adalah sebagai berikut :
I.Ruang pembeku :
Bentuk : s~linderdengan diameter 60 cm dan panjang 50 cm
Bahan : besi cor, tebal2 cm
Bahan pintu : acrylic, tebal 6 cm
Penyekat panas : bahan styrofoam
2. Pompa vakurn :
Jenis : pompa rotari tipe CRP-500 (Diavac, Ltd)
Kapasitas pemompaan : 500 I~ter/menit
Derajat vakum (ultimate pressure) : 10-3torr (mmHg)
Motor penggemk : motor ltstrik 3 @ 220 V, daya 0.75 KW
3. Perangkap dingin (coldtrap)
Sistem : pendinginan mekanik (kompresi uap) dengan refrigerasi R-22
Kapasitas pendingin : I100 W
Koil pendingin : bahan tembaga
Refrigerator : tipe UF-RH 1130 S (Sanyo)
Alat Ukur
Mesin yang digunakan dilengkapi dengan perangkat ukur yang diperlukan,
seperti untuk pengukuran suhu, tekanan dan berat secara otomatis.
Parameter
yang diukur adalah suhu bahan (suhu bahan pada empat lokasi yaitu bawah, tengah
1, tengah 2 dan atas bahan), suhu coldtrap dan suhu shelf cooling (lempeng
sentuh), tekanan ruang pembeku, serta berat bahan pada awal dan akhir percobaan.
Spesifikasi teknis peralatan ukur yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Pengukuran Suhu :
Alat : termokopel type T (CC)
Ukuran : 0.3 rnm
2.
Pengukuran tekanan
a.
Baratron type 122 A
Kapasitas : < 100 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.01 mmHg
b. Baratron type 127
Kapasitas : < 10 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.001 mmHg
Power supply readout : type 113 A (MKS Instrument I n C . )
3. Pengukuran berat
Alat : Timbangan elektonik type EK-1200A(AND)
Kapasitas : 600 gram
Satuan ukuran terkecil : 0.1 gram
Semua alat ukur tersebut dirangkai dengan pencacah Hybrid Recorder HR2400 (Yokogawa) untuk pencatatan data dan green kit 88 yang dihubungkan dengan
kornputer dengan interface RS 232C untuk dilihat langsung di layar komputer dan
perekaman data digital ke dtsket magnetik.
Mekanisme Kerja Alat Pernbeku Vakum
Mesin pernbeku vakum terdiri dari tiga komponen utama (Gambar 2), yaitu
ruang pembeku (vaccum chamber), pompa vakum (vaccum pump) dan perangkap
uap. Bahan yang akan dibekukan diletakkan di dalam ruang pembeku yang kedap
udara.
Udara di dalarn ruang pembeku dipompa keluar dengan menggunakan
pompa vakum untuk mendapatkan tekanan ruang yang rendah.
Secara alami,
udara yang dihisap dari ruang pembeku mengandung uap air, khususnya setelah
terjadi penguapan. Uap air yang terbawa tersebut dipisahkan dari udara kering
dengan menggunakan perangkap uap, yaitu dengan pengembunan sehingga tidak
rnemasuki pornpa vakum sedangkan yang masuk ke pompa vakum hanyalah udara
kering.
Perangkap uap adalah suatu lilitan pipa (koil) yang mana didalarnnya
dialirkan cairan dingin atau refrigeran dari refrigerator. Untuk dapat mengembunkan
uap air dari udara, suhu permukaan koil pendingin tersebut harus lebih rendah dari
suhu jenuh air pada tekanan di dalam ruang perangkap dingin tersebut.
Ruang Pembeku Vakum
-
Pompa vakum
Gambar 2. Mesin pembeku vakum
Wadah Contoh (sample holder)
Wadah contoh yang digunakan berupa silinder plastik dengan diameter
11.3 cm dan tinggt 11.5 cm. Wadah contoh diinsulasi supaya pindah panas hanya
terjadi satu arah (dari dasar ke permukaan bahan untuk pembekuan vakum dan dari
permukaan ke dasar bafian untuk pembekuan lempeng sentuh).
Insulasi
menggunakan busa super dengan ketebalan 2 cm. Wadah contoh dilengkapi
dengan tutup yang bisa dilepas. Pada bagian atas tutup diberi lubang lubang kecil
berdiameter 0.8 mm untuk penguapan air.
Untuk pembekuan vakum, insulasi diberikan pada seluruh keliling dinding
luar dan bawah wadah contoh (Gambar 3), sedangkan untuk pembekuan lempeng
sentuh, bagian bawah (dasar) wadah contoh diganti dengan aluminium yang
nantjnya wadah beserta isinya akan diletakkan di atas lempeng pembeku
Pembekuan vakum
Pembekuan lempeng sentuh
Garnbar 3. Skema wadah contoh
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah buah markisa (Passiflofa
edulis Stms f. edulis Deg) yang diperoleh dari Pasar Petisah Kotamadya Medan
Sumatera Utara.
Prosedur Penelitian dan Pengukuran
Buah rnarkisa djbelah dan dikeluarkan isinya. Isi buah markisa tersebut
d~bekukandengan metode pernbekuan vakum dan pembekuan lernpeng sentuh
dengan 3x ulangan.
Pada proses pembekuan vakum, suhu perrnukaan koil perangkap dingin diatur
secara otomatis pada kisaran -36
OC,
Urutan prosedur kerja untuk pembekuan vakum adlalah :
1. Perangkat ukur dan refrigerator dihidupkan dan ditunggu sampai suhu
permukaan koil mencapai - 36 OC
2. Bahan sebanyak kurang lebih 275 ml (setinggi 3 cm dari dasar wadah)
dimasukkan ke dalam wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan di 4 bagian.
Letak sensor termokopel adalah seperti
pada Gambar 4.
Gambar 4. Titik pengukuran pada bahan
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilgngkapi termokopel dimasukkan
dalam ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup, pompa wkum dihiduplmn dBn perekaman data dimulai.
6. Setelah suhu bahan mencapai -27OC,
katup pemasukan udara (laek valve)
dibuka dan pompa dimatikan.
7. Bahan dtkeluarkan .
8. Data dibaca, direkam ke dalam disket serta dianalisa.
Sedangkan urutan pekerjaan untuk pembekuan lempeng sentuh adalah :
1. Perangkat ukur dan refrigerator dihtdupkan dan ditunggu sampai suhu
permukaan lempeng mencapai - 43
OC
2. Bahan sebanyak 275 ml (setinggi 3 cm dari dasarwadah) dimasukkan ke dalam
wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan seperti pada Gambar 4.
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilengkapi termokopel dimasukkan
ke dalarn ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup dan perekaman data dimulai.
6. Setelah suhu bahan mencapai -27OCkonstan, bahan dikeluarkan .
7. Data dibaca, direkam ke dalam disket serta dianalisa.
Pengamatan dan Pengolahan Wta
Pengamatan
Pada proses pembekuan vakum dan lempeng sentuh ini, pengamatan yang
dilakukan adalah perubahan tekanan ruang pembeku, perubahan suhu dan
perubahanan berat sebelurn dan setelah pembekuan. Kemudian bahan yang telah
dibekukan dianalisa sifat fisiknya yaitu perubahan warnanya. Serta dianalisa sifat
kimianya melalui uji proximate untuk melihat kandungan protein dan vitamin C
sebelum dan setelah pembekuan.
Perubahan tekanan ruang pembeku, suhu ruangl pembeku diarnati setiap 1
menit sekali hingga akhir percobaan. Sedangkan pencatatan berat dilakukan dengan
cara menimbang berat awal bahan sebelum pembekuan dan berat akhir bahan
setelah selesai proses pembekuan. Dtsamping pencatatan data dengan komputer
juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit mesin pembeku.
Pengamatan suhu dilakukan antara lain pada permukaan koil perangkap
uap (coldtrap), pada permukaan plat pembeku (shelf cooling) dan pada bahan
(bagian atas, tengah 1, tengah 2 dan bagian bawah). Disamping pencatatan data
dengan komputer juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit
mesin pembeku vakum.
Parameter-parameter
yang
diamat1
digunakan
untuk
menentukan
karakteristik pembekuan vakum yaitu perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air
yang diuapkan/disublimasikan dan jumlah air tak beku serta pengaruhnya terhadap
mutu (warna, protein dan vitamin C) hasil pembekuan.
Selanjutnya, karakteristik pembekuan vakum tarsebut akan dibandingkan
dengan karakteristik pembekuan dengan metoda lain yaitu pembekuan lempeng
sentuh (contact plate freezer).
Pembandingan juga akan dilakukan terhadap
konsumsi energi per satuan massa selama proses pembekuan.
Pengolahan Data
1. Menentukan suhu jenuh air
Tekanan ruang pembeku dikonversikan menjadi suhu jenuh air yang dianggap
sebagai suhu media pernbeku pada pebekuan vakum. Hal ini dihitung dengan
menggunakan persamaan :
Lea=
- 2744.807
Tf
dimana, Pf =
t10.712 .............................................................
Tekanan uap es (Torr)
(1)
Tf =
suhu mutlak es, (K)
(Rothmayer, 1975)
2. Menentukan laju Pernbekuan
Laju pembekuan dihitung dengan rnenggunakan definisi dari Lembaga
Refrigerasi Internasional (Heldman dan Singh, 1981).
Laju pembekuan : rasio perbandingan jarak minimal antara permukaan produk
dengan titik pusat panas dengan waMu yang diperlukan oleh
produk pangan untuk mencapai suhu O°C pada permukaan
bahan hingga rnencapai suhu a 0 C pada pusat panas.
3. Menentukan jumlah air yang diuapkan
Jurnlah air yang diuapkan dapat dilihat dari jumlah hilangnya berat selarna
pembekuan berlangsung, yaitu dengan cara menimbang bahan sebelurn
pembekuan dan setelah pembekuan. Hal ini dapat dihitung dengan rumus :
mb(%) =
dimana, mb
mbo - mbf
mbo
=
x
100%
... . . . .. . ... . .... ... . .... . ... . .... .... .... . .... .... ...
massa bahan (%)
mbo =
rnassa bahan sebelum pembekuan (gr)
mbt =
massa bahan setelah pembekuan (gr)
4. Menentukan fraksi air tak beku
Fraksi air belum beku dalam bahan dapat dihitung dengan persamaan
Xa dapat didefinisikan sebagai
dimana, Xa
= fraksi mol air tak beku
To
=
suhu tjtik beku air (273.15 K)
Tb
=
suhu bahan (K)
Mw =
berat molekul air (kg/mol)
L
=
panas laten (KJ/kg)
Rg
=
konstanta gas (KJ/mol K)
Ma
=
berat rnolekul air
ma
=
kadar air dalam produk
Ms
=
berat molekul padatan dalam produk
ms
=
kadar padatan dalarn produk
5. Konsumsi energi
a.
Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan hingga membeku
Ql= rncpo(~o
-TI)
dimana, Q1
=
... ........ ..... ... ..... ............. .... .... ..... .... .... ........ ( 5 )
panas sensibel yang dilepaskan sebelum pembekuan
(KJ)
m
=
massa bahan (kg)
Cpo
=
panas jenis sebelum pembekuan (kJ/kg K)
=
0.008 (KA dlm bahan) + 0.20, BTU/lb O
(Winarno, 1993).
To
=
suhuawal(K)
TI
=
suhu titik beku (K)
F
b. Kebutuhan energi untuk mengubah fase cair menjadi fase padat
Q2 = mL
........................................................................
dirnana, Q2
(6)
=
panas laten yang dilepaskan selama pernbekuan (KJ)
m
=
massa bahan rata-rata(kg)
L
=
panas laten pernbekuan rnarkisa (kJlkg)
Panas laten pembekuan rnarkisa dianggap =ma
dengan panas laten
pernbekuan air yaitu 144 BTUllb (Winarno, 1993), jika dikonversikan ke
sistern rnks adalah 335 kJlkg.
c. Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan dari titik bekunya hingga
akhir pembekuan
Q3 = r n ~ ~ t-(T ~I )2
dimana, Q3
............................................................... (7)
=
panas sensibel yang dilepasKan setelah pembekuan (KJ)
m
=
rnassa bahan (kg)
Cpt
=
panas jenis bahan di bawah litik beku (kJIkg K)
=
0.003 (KA dlm bahan) + 0.20, BTUllb O
F
(Winarrro, 1993)
TI
=
suhu titik beku (K)
T2
=
suhu akhir pembekuan (K)
Total panas yang harus dilepaskan untuk rnembekukan bahan pangan dan
menurunkan suhu adalah
Qo=Ql+Q2+Q3
........................................................................
(8)
(Desrosier, 1988)
Sedangkan daya kompresor pada rnesin refrigeran dihitung dengan rumus :
Qkornp = rna(hl- hg ) ........................................................................
(9)
dimana, ma
=
laju aliran massa (kgldet)
Qo
=
kapasitas pendinginan (KW)
qo
=
efek pendinginan (kJlkg)
hl
=
entalpi refrigeran pada kondisi liquid (kJ/kg)
hg
=
entalpi refrigeran pada kondisi gas (kJ/kg)
(Stocker dan Jones, 1987)
Kerja coldtrap yang diperlukan untuk mengembunkan uap air dari bahan
dihitung dengan rumus :
Qkond = hfg
x w
dimana, hfg=
=
w =
=
........................................................................
(11)
2483.8 kJ/kg pada tekanan 0.1 torr (tekanan operasi)
entalpi perubahan fase gas ke cair pada tekanan 13.3 Pa
berat es (kg)
berat awal - berat akhir
(Heldman dan Singh, 1981; Tirtasari, 1996)
Kebutuhan daya untuk pompa vakum 0.75
kw
Penentuan Mutu Hasil Pembekuan
Analisis pengaruh perlakuan proses pembekuan terhadap mutu hasil
dtlakukan dengan pengujian laboratorium. Parameter yang diuji sebagai indikator
mutu adalah warna dan sifat kimia bahan. Pengukuran warna dilakukan dengan alat
chromameter di Laboratoriurn Rekayasa Pangan PAU, sedangkan pengukuran sifat
kimia (analisa proximate) dilakukan di Laboratorium Gizi dan Pangan PAU IPB.
HASlL DAN PEMBAHASAN
Parameter yang diamati pada penelitian ini adalah karaweristik pembekuan
(perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air yang menguap, jumlah air tak beku)
dan mutu pulp markisa beku (warna, protein dan vitamin C) serta konsumsi energi
selama proses pembekuan.
Karakteristik Pembekuan
1. Perubahan Suhu
Gambar 5 dan 6 menunjukkan profil suhu selama proses pembekuan vakum
dan pembekuan lempeng sentuh. Sebaran suhu pada bahan dinyatakan dalam
empat titik, yaitu suhu bagian bawah (0 cm), bagian tengah 1 (Icm dari dasar),
bagian tengah 2 (2 cm dari dasar) dan bagian atas (3 cm dari dasar). Pada gambar
tersebut juga ditunjukkan perubahan suhu perangkap uap air (coldtrap) dan
perubahan tekanan dalam ruang pembeku untuk pembekuan vakum serta suhu
lempeng sentuh untuk pembekuan lempeng sentuh.
Dari kedua gambar tersebut terlihat perbedaan yang jelas antara suhu bahan
selama proses pembekuan vakurn dan pembekuan lempeng sentuh. Pada
pembekuan vakurn, penurunan suhu hingga titik beku berlangsung sangat cepat
dibandingkan dengan pembekuan lempeng sentuh. Setelah mencapai titik beku,
laju penurunan suhu bahan selama pembekuan vakum mengalami perlambatan
karena kebutuhan panas laten pembekuan air, yang juga terjadi pada pembekuam
lempeng sentuh. Keseragaman suhu bahan tampak lebih balk pada pembekuan
vakurn daripada pernbekuan lempeng sentuh sejak awal sarnpai akhir proses
pernbekuan. Keseragarnan suhu bahan penting dalarn rnencegah rnigrasi air yang
berpengawh terhadap mutu hasil pernbekuan.
-Tbhn begian atas (3cm)
Tbhn begiantengah (Icm)
T cd(pa)
-mhn
T
-T
t
bagIan tengah (21371)
h k @ n bmvah (Ocm)
media
Garnbar 5. Profit suhu dan tekanan selama proses pernbekuan wkurn II
-T
-Wn
-Tbhn
lempeng sentuh
bag'an tengah (2cm)
bag'an bawah (Ocm)
T b h n bag'an atas (Xm)
-Tbhn
bag'an tengah (Icm)
Garnbar 6. Profil suhu selama proses pembekuan lempeng sentuh I1
30
Pada awal pembekuanvakum (Gambar 5) terjadi peningkatan suhu coldtrap,
pola yang sama juga dijumpai pada penelitian pembekuanvakum bahan pangan cair
(Tambunan, eta/. 2000). Peningkatan suhu coldtrap terjadi akibat adanya semburan
(flash) saat tekanan ruang pembeku telah mencapai tekanan jenuh (saturation
pressure) uap air yang sama dengan suhu air dalam bahan.
Kondisi tersebut
dikenal sebagai titik sembur (flash point), yang merupakan titik awal terjadinya
pendidihan. Uap air yang terjadi selama pendidihan dih
LEMPENG SENTUH PULP MARKISA
OLEH :
AlNUN ROHANAH
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
ABSTRAK
AlNUN ROHANAH. KaraMeristik Pembekuan Vakum dan Pembekuan Lempeng
Sentuh Pulp Markisa. Dibimbing ofeh ARMANSYAH, H. TAMBUNAN dan Y. ARlS
PURWANTO.
Pernilthan metode pembekuan merupakan salah satu aspek yang penting,
khususnya dari sisi keteknikan. Pembandingan karakteristik pembekuan dan mutu
produk yang dibekukan dengan berbagai metoda dapat digunakan untuk keperluan
tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk rnelakukan perbandingan karakteristik
pembekuan antara metoda pernbekuan ~ k u r dan
n
rnetoda pembekuan lempeng
sentuh.
Bahan yang dibekukan adalah pulp markisa. Parameter banding yang
digunakan adalah perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air yang rnenguap,
jumlah air tak beku dan parameter mutu seperti warna, kandungan protein dan
kandungan vitamin C serta konsurnsi energi
Hasil penelitian rnenunjukkan bahwa metode pernbekuan vakum lebih baik
datam rnemberikan profil dan sebaran suhu yang lebih seragam, rnempunyai laju
pembekuan yang lebih cepat (sebesar 6.54 cm/jam, 5.61 cmljam, 5.37 cmljarn dan
terrnasuk dalam kategori pembekuan cepat), warna bahan sedikit mengalami
perubahan dan lebih baik mempertahankan kandungan protein.
Sebaliknya rnetoda pembekuarr lempeng sentuh mempunyai laju pembekuan
sebesar 2.15 cmljarn, 2.64 cm/jam, 2.62 cm/jam dan termasuk dalam kategor~
pernbekuan sedang, lebih baik dalam rnempertahankan kadar air (65.78 - 81.34 kali
lebih kecil daripada pembekuan pembekuan vakum) dan kandungan v~taminC
bahan, serta rnengkonsumsi energi yang lebih rendah karena tidak membutuhkan
energi untuk menvakumkan ruangan pembeku.
SU RAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan tesis yang berjudul
KARAKTERISTIK PEMBEKUAN VAKUM DAN PEMBEKUAN LEMPENG
SENTUH PULP MARKISA
Adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan.
Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas
dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 1 Mei 2002
Nrp : 98195
KARAKTERISTIK PEMBEKUAN VAKUM DAN PEMBEKUAN
LEMPENG SENTUH PULP MARKISA
OLEH :
AlNUN ROHANAH
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi llmu Keteknikan Pertanian
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Judul Tesis
Nama
NRP
Program Studi
: KaraMeristik Pembekuan Vakum dan Pembekuan Lempeng
Sentuh Pulp Markisa
: Ainun Rohanah
: 98195
: llmu Keteknikan Pertanian
Menyetujui,
1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Armansvah H. Tambunan. MAgr
Ketua
Dr. Ir. Y. Aris Purwanto MSc
Anggota
Mengetahui
ram Pascasarjana
Dr. Ir. Kudana Boro Seminar. MSc
Tanggal Lulus : 28 Februari 2002
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 2 Januari 1974 sebagai anak
bungsu darj pasangan (Alrn) Drs.
Rachmat NUF Hidayat dan Hj. Sudiasih.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Mekanisasi Pertanian, Fakultas
Pertanian USU Medan, tahun 1992 dan lulus pada tahun 1997. Pada tahun 1998
penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke Program Pascasarjana IPB
pada Program Studi llrnu Keteknikan Pertanian. Beasiswa Pendidikan Pascasarjana
diperoleh dari Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan RI.
Penulis menikah dengan Usman Budi, SPt pada tanggal 27 Februari 2000
dan dikaruniai seorang putra Aulia Fikri Usrnan (21 Januari 2001). Penulis bekerja
sebagat Staf Pengajar di Fakultas Pertanian USU Medan sejak tahun 1997.
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SVVT atas segala KaruniaNya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Juni sampai dengan bulan September 2000 di Laboratorium Pindah Panas dan
Massa Fakultas Teknologi Pertanian lnstitut Pertanian Bogor, dengan judul
Karakteristik Pembekuan Vakurn dan Pembekuan Lempeng Sentuh Pulp Markisa.
Penelitian ini mencoba untuk rnernbekukan pulp Markisa dengan metoda
pembekuan baru yaitu pernbekuan vakurn, dan selanjutnya mernbandingkan
karakteristik pembekuannya dengan pernbekuan lempeng sentuh.
Pada
kesempatan ini
penulis ingin mengucapkan terirna
kasih dan
penghargaan atas jasa-jasa masing-masing narna yang tersebut di bawah ini.
Penuljs rnengucapkan terirna kasih kepada Dr. fr. Armansyah H. Tambunan, MAgr
sebagai ketua komisi pembtrnbing dan Dr. Ir. Y . Aris Punvanto, MSG sebagai
anggota komisi pernbimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran
sejak persiapan penelltian , selama penelitian sampai penyelesaian tesis ini.
Kepada Direktorat Pernbinaan Sarana Akademik Direktorat Jendral Pendidikan
Tinggi Departernen Pendidikan dan Kebudayaan, selaku pernberi dana beasiswa
(BPPs) dan Universitas Surnatera Utara yang telah memberi bantuan berupa dana
pendidikan.
Terirna kasih, terutama kepada suami terkasih Usrnan Budi dan ananda
tersayang Uul yang telah memberikan dorongan sernangat dan curahan kasih
sayang yang tak terhingga serta dopayang tulus yang selalu menyertai penulis
dalam menernpuh pendidikan Pascasarjana.
lbunda Hj. Sudiasih, terima kasih atas segala dukungan serta do'arnu dan
kakak-kakakku (Luluk Fatchurrohrnan, Zain Muttaqin) terutama Muhammad Rosyidi
yang tetah rnemberikan bantuan rnoril dan materil yang sangat berharga selama
penulis rnengikuti pendidikan Pascasajana.
Rekan-rekan rnahasiswa, ternan sejawat dan kawan-kawan darl Medan serta
sernua pihak yang telah mernbantu selarna penulis menyelesaikan pendidikan
Program Pascasarjana, penulis ucapkan terima kasjh
Sernoga tesis ini bermanfaat bagi bidang teknologi pertanian, khususnya
teknologi pernbekuan.
DAFTAR IS1
Halaman
PRAKATA
.........................................................................................
I
DAFTAR IS1.............................................................................................
iii
DAFTAR TABEL .....................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................
vii
PENDAHULUAN
................................................................................
Latar Belakang
..
Tujuan Penelltlan ...........................................................................
I
3
TINJAUAN PUSTAKA
Buah Markisa .................................................................................
Pernbekuan ....................................................................................
Pernbekuan Vakurn..................................................................
Perubahan Suhu ......................................................................
Laju Pembekuan......................................................................
Kehilangan Air ..........................................................................
AirTakBeku ............................................................................
Sifat Fisik Produk Beku .........................................................
4
5
7
9
I0
11
12
12
METODE PENELlTlAN
Tempat dan WaMu Penelitian .......................................................
Alat dan Bahan ...............................................................................
Mesin Pernbeku Vakum ...........................................................
Alat Ukur..................................................................................
Mekanisme Kerja Alat Pernbeku Vakurn...................................
Wadah Contoh .........................................................................
Bahan ......................................................................................
Prosedur Penelitian dan Pengukuran ..............................................
Pengarnatan dan Pengolahan Data.................................................
Pengamatan ..........................................................................
Pengolahan Data ....................................................................
Penentuan Mutu Hasil Pernbekuan.................................................
16
16
16
17
18
19
20
20
22
22
23
27
HASlL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Pernbekuan.................................................................
Perubahan Suhu .....................................................................
Laju Pernbekuan......................................................................
Jurnlah Air yang Menguap........................................................
Jurnlah Air Tak Beku ...............................................................
28
28
34
38
40
Mutu Produk Beku ..........................................................................
Warna ......................................................................................
Protein .....................................................................................
Vitamin C .................................................................................
Konsumsi Energi ................... .
.
.....................................................
KES l MPULAN D A N SARAN ..........................................................
DAFTAR PUSTAKA.................................................................................
LAMPIRAN..............................................................................................
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Sifat termodinamika air ..................................................................
8
2.
Data berat awal dan berat akhir bahan serta persentasi air yang
menguap ........................................................................................
39
3.
Ringkasan data hasil pengukuran ..............................................
44
4.
Nilai kromatisitas pulp markisa sebelum dan sesudah pembekuan .
45
5.
Has11analisa proximate pulp Markka pada ulangan ke-2.................
46
6.
Konsumsi energi pada proses pembekuan vakum dan proses
pembekuan lempeng sentuh .........................................................
49
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Diagram fase untuk air ...................................................................
8
Mesin pernbeku vakum ..................................................................
19
Skema wadah contoh......................................................................
20
Titik pengukuran pada bahan ..........................................................
21
Profil suhu dan tekanan selama proses pembekuan vakum II ........
29
Profil suhu selama proses pembekuan lempeng sentuh 11 ...............
29
Distribusi suhu rata-rata bahan pada ulangan II ..............................
32
Perbandingan antara suhu jenuh air dengan suhu coldtrap pada
pembekuan vakum pada ulangan II ...........................................
32
Perbandingan beda suhu antara suhu media dengan suhu rata-rata
bahan pada ulangan II ....................................................................
32
Perbandingan laju pembekuan tiap-tiap contoh ...............................
35
Hubungan antara konduktivitas panas bahan dan waMu pada proses
pembekuan vakum dan pembekuan lempeng sentuh pada
ulangan 11 .......................................................................................
37
Perbandingan persentase air yang menguap ..................................
39
Hubungan antara persen air tak beku dengan suhu rata-rata pada
ulangan II ....................................................................................
41
Hubungan antara persen air tak beku dengan waktu pada
Ulangan II ......................................................................................
41
Perbandingan kandungan protein pada bahan hasil pembekuan vakurn
48
dan pembekuan lempeng sentuh....................................................
Perbandingan kandungan vitamin C pada bahan hasil pembekuan
vakum dan pembekuan lempeng sentuh ........................................
48
DAFTAR LAMPIRAN
Komposisi buah rnarkisa (Asam) dibandingkan dengan beberapa buah
lain per 100 gr buah yang dapat dimakan .......................................
54
Gambar alat pembeku vakum .........................................................
55
Bagan alir penelitian pembekuan pulp Markisa ...............................
56
Profil suhu dan tekanan masing-masing percobaan pada
pembekuan vakum .........................................................................
57
Profil suhu masing-masing contoh selama pernbekuan
lernpeng sentuh ..............................................................................
58
Distribusi suhu rata-rata bahan pada masing-masing percobaan ....
59
Perbandingan suhu jenuh air dengan suhu coldtrap masing-masing
percobaan pada pembekuan vakurn ...............................................
60
Perbandingan beda suhu antara suhu media dengan suhu
rata-rata bahan pada masing-masing percobaan ............................
61
Perhttungan laju pembekuan ..........................................................
62
Kurva penurunan suhu pada proses pembekuan............................
63
Kurva pembekuan air dan larutan yang rnengandung bahan terlarut
64
Perhitungan kebutuhan daya kompresor.........................................
65
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia rnemiliki keanekaragaman komoditi hortikultura, khususnya buahbuahan, yang rnernpunyai peluang dan potensi produksi yang besar di Indonesia.
Buah-buahan juga
rnerupakan salah satu kornoditi pertanian yang banyak
dibudidayakan dan diusahakan karena mernpunyai nilai ekonomi yang tinggi.
Buah Markisa (Passiflofa edulis) rnerupakan salah satu diantara banyak
buah-buahan yang ada di Indonesia. Buah Markisa banyak dirnjnati baik dalam
bentuk buah segar rnaupun setelah rnenjadi sirup (Untung, et a/. 1992). Buah
Markisa banyak mengandung passiflorine yang berkhasiat untuk rnenentrarnkan urat
syaraf, selain itu juga sebagai surnber vitamin C dan A (Nilasari, 1999). Buah
rnarkisa mempunyai aroma yang khas dan mutu jus yang tinggi sehingga rnarkisa
umumnya dikonsumsi dalarn bentuk olahan jus.
Seperti urnurnnya bahan-bahan hasil pertanian lainnya, rnarkisa juga
terrnasuk buah yang cepat rusak, oteh karena itu diperlukan suatu penanganan yang
cepat dan tepat untuk dapat rnenghambat kerusakannya.
Salah satu alternatif
pengolahannya yaitu dengan mernbuatnya rnenjadi pulp markisa. Pulp rnarkisa
adalah biji markisa yang masih bersatu dengan lemaknya yang telah dipisahkan dari
kulit buah. Pulp markisa rnudah mengalami kerusakan karena mempunyai kadar air
yang tinggi. Karena sifatnya yang rnudah rusak pada kondisi lingkungan terbuka,
rnaka perlu suatu rnetoda pengawetan yang dapat menghindari kerusakan. Salah
satu cara pengawetan adalah dengan pernbekuan.
2
Pembekuan merupakan suatu cara pengawetan bahan pangan dengan cara
rnembekukan bahan pada suhu di bawah titik beku pangan tersebut.
Dengan
membekunya sebagian kandungan air bahan atau dengan terbentuknya es
(ketersediaan air menurun), maka kegiatan enzim dan jasad renik dapat dihambat
atau dihentikan sehingga dapat mempertahankan mutu bahan pangan. Mutu hasil
pembekuan masth mendekati buah segar walaupun tidak dapat dibandingkan
dengan mutu hasil pendinginan.
Laju
pembekuan merupakan faktor yang
rnenentukan pada proses
pembekuan. Laju pembekuan akan menentukan struktur produk beku dan waktu
pembekuan. WaMu yang diperlukan untuk pembekuan merupakan ha1 yang perlu
dipertimbangkan dalam merancang proses.
Pembekuan lambat akan merusak
bahan pangan yang dibekukan karena kristal yang dihasilkan berukuran besar.
Kristal es runcing-runcing bentuknya dan tajam, pada ukuran yang relatif besar akan
menyobek dinding sel. Hal ini baru diketahui pada waktu thawing yaitu pada waktu
suhu bahan dikembalikan ke suhu kamar. Kerusakan dinding sel menyebabkanzat
gizi bahan keluar bersama cairan sel dan gizi bahan menjadi berkurang. Tekstur
bahan juga akan berubah karena dinding sel pecah. Hal ini dapat dicegah bila laju
pembekuan cukup cepat sehingga kristal es yang terbentuk berukuran kecil dan
seragam.
Menurut Tambunan, et a/. (2000),rnetode pembekuan yang umum
digunakan pada industri pembekuan pangan dapat dikelompokkan menjadi metode
mekanik dan metode cryogenic. Pembeku mekanik yang umum digunakan adalah
blast freezer, air impingiment blast freezer, plate freezer dan fluidized bed freezer.
Kebanyakan mesin pembeku mekanik mengunakan CFC sebagai media penyerap
panas (refrigeran).
Tetapi, sesuai dengan protokol Montreal yang melarang
penggunaan CFC rnulai tahun 2000, banyak industri pernbekuan yang telah rnulai
mengganti sistem refrigerannya. Udara, nitrogen cair (LN2) dan karbon dioksida
(GO2) adalah gasfcairan cryogenic yang paling urnurn dan aman digunakan di
industri pangan.
Penerapan gas cryogenic pada industri pernbekuan pangan
mernpunyai beberapa keunggulan, antara lain : dapat rnenurunkan kehilangan kadar
air dan rasa, menurunkan waktu pernbekuan, rnengurangi ukuran kristal pada saat
pernbekuan dan merninirnalkan kerusakan sel. Akan tetapi, jika proses pembekuan
dengan gas cryogenic tidak dikendalikan dengan baik, akan dapat rnerusak bahan
hasil pernbekuan karena suhu cryogenic yang sangat rendah.
Salah satu alternatif rnetode pernbekuan adalah pernbekuan vakum, dengan
rnetoda pembekuan ini diharapkan akan diperoleh laju pembekuan yang cepat
sehingga dapat rnenurunkan waMu pembekuan dan kehilangan rnutu. Penggunaan
refrigeran secara
rnekanik pada metode pernbekuan vakurn hanya untuk
mernerangkap uap alr, sehingga penggunaan CFC dan biaya operasi dapat
dikurangi, sekaligus meningkatkan effisiensi penggunaan energi.
Pada dasarnya pernbekuan vakurn rnerupakan uapaya mernbekukan
sebagian kandungan air bahan pangan dengan tekanan yang rendah dan suhu
ruangan di bawah titik beku pangan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik pernbekuan vakurn
pulp rnarkisa dan mernbandingkannyadengan metode pernbekuan lempeng sentuh.
TINJAUAN PUSTAKA
Buah Markisa
Markisa berasal dari Brazit bagian selatan yang tumbuh di pinggiran hutan
hujan tropis. Markisa tersebut kemudian menyebar ke seluruh benua Amerika dan
Asia.
Menurut Winks, et a/.(1988), terdapat dua jenis buah markisa yang bisa
dimakan yaitu markisa dengan kulit buah ungu (Passiflofa edulis Sims f . edulis Deg)
dan rnarkisa dengan kulit buah kuning (Passiflofa edulis Sims f . flavicarva Deg).
Markisa ungu hanya dapat tumbuh di daerah sub tropis dan di daerah tinggi tropis
dengan ketinggian ?000 - 1750 meter di atas perrnukaan laut dan curah hujan 1500
-2000 rnm per tahun. Sedangkan rnenurut Verhej dan Caronel (3977)markisa ungu
akan tumbuh baik jika ditanam pada ketinggian 122 - 2000 meter di atas permukaan
laut dengan pH 6-8, curah hujan 2000-3000 mm pertahun, tetapi dapat juga turnbuh
baik pada curah hujan minimum 900 mm, asalkan merata sepanjang tahun. Markisa
kulit buah kuning mudah beradaptasi sampai di daerah rendah.
Markisa merupakan tanaman menjalar tahunan berumur pendek, batangnya
agak keras dengan panjang mencapai 15 meter. Batang tidak berbulu, beralur dan
benvarna hijau.
Sulur rnuncul di ketiak daun dan berbentuk spiral.
Daun
berpenumpu dan bertangkai, pada waMu muda daun tidak bercuping dan kernudian
bercuping tiga menjelang dewasa (Verhej dan Caronet, 1997).
Dwiragupti (1992), menyatakan buah markisa ungu, kulitnya berwarna ungu
gelap rnendekati coklat tua jika rnatang dan hijau ketika masih muda, bentuknya
bulat agak lonjong (oval) dengan diameter 5
-
5.5 cm.
Markisa jenis ini banyak
digunakan sebagai bahan baku sirup sari buah, karena rasanya yang khas, asam
dengan aroma wangi yang kuat. Buah ini banyak dijumpai di daerah Kabupaten
5
Karo, Surnatera Utara dan di Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. Di kedua daerah
tersebut, buah ini bernarna rnarkisa siuh atau markisa asarn. Sedangkan markisa
kuning pada waktu rnuda kulitnya berwana hijau kemudian berubah rnenjadi bintikbintik putih setelah matang. Ukuran rnarkisa kuning lebih besar dari markisa ungu.
Markisa kuning ini banyak dijurnpai di Kabupaten Solok, Surnatera Barat.
Pembekuan
Pembekuan merupakan salah satu rnetoda untuk pengawetan bahan pangan.
Pernbekuan dapat rnempertahankan rasa dan nilai gizi bahan pangan yang lebih
baik daripada rnetoda lain, karena pengawetan dengan suhu rendah (pembekuan)
dapat rnengharnbat aktivitas rnikroba rnencegah terjadinya reaksi-reaksi kirnia dan
akt~vitasenzirn yang dapat rnerusak kandungan gizi bahan pangan. Walaupun
pembekuan dapat mereduksi jumlah rnikroba yang sangat nyata tetapi tidak dapat
rnensterilkan rnakanan dari rnikroba (Frazier, 1977)
Menurut Tarnbunan (7999), pernbekuan berarti pernindahan panas dari
bahan yang disertai dengan perubahan fase dari cair ke padat, dan merupakan
salah satu proses pengawetan yang umurn dilakukan untuk penanganan bahan
pangan.
Pada proses pernbekuan, penurunan suhu akan rnenurunkan aktifitas
mikroorganisrna dan sistern enztrn, sehingga mencegah kerusakan bahan pangan.
Selain itu, kristalisasi air akibat pernbekuan akan rnengurangi kadar air bahan dalam
fase cair di dalam bahan pangan tersebut sehingga mengharnbat perturnbuhan
mikroba atau aktivjtas sekunder enzim.
Secara urnum, rnetoda pernbekuan dapat dikelompokkan menjadi metoda
mekanik dan rnetoda cryogenic. Beberapa jenis peralatan pernbeku mekanik yang
urnum digunakan adalah:
-
Blast freezer
Metoda ini rnenggunakan udara berkecepatan tinggi yang dialirkan rnelalui koil
pendingin dan disirkulasikan di dalam ruangan berinsulasi. Perpindahan panas
terjadi secara kunveksi, dapat dirancang dalarn berbagai konfigurasi tergantung
pada bahan dan kapasitas, serta dalam sistem batch atau kontinyu.
pembekuan umurnnya berkisar pada - 40
OC,
Suhu
laju pernbekuan relatif lambat,
serta menyebabkan kehilangan air yang cukup besar dari perrnukaan dan
pernbentukan kristal es yang besar.
-
Air impingiment Blast Freezer
Pembekuan ini adalah modifikasi jenis blast freezer dengan semburan udara
berkecepatan lebih tinggi langsung ke perrnukaan bahan, yang bertujuan untuk
rnenyibakkan lapis batas udara (air boundary layer) yang rnenyelirnuti
perrnukaan bahan, untuk rnernaksirnalkan koefisien pindah panas permukaan
sehingga rnernberikan laju pembekuan yang lebih cepat dan kehtlangan air dari
perrnukaan lebih rendah.
-
Contact Plate Freezer (pernbeku lempeng sentuh)
Metode pindah panas pada jenis pernbeku ini adalah konduksi, rnenggunakan
amonia sebagai refrigeran, dan suhu pernbekuan dapat rnencapai - 40
-
OC.
Fluidized-bedFreezer
Metoda pernbekuan ini rnernanfaatkan konsep air blast untuk pernbekuan cepat
secara
individu (individually quick freezing ; IQF) bahan pangan yang
rnernpunyai bentuk dan ukuran konsisten. Sistem terdiri dari perforatedbeddan
rnelalui lubang-lubang tersebut udara dingin berkecepatan tinggi dipaksa
rnengalir oleh kerja kipas dan rnenyebabkan bahan rnernbeku dengan cepat.
7
Proses pembekuan terjadi secara bertahap dari permukaan sampai pusat
bahan. Pada pemukaan bahan, pembekuan berlangsung cepat sedangkan pada
bagian yang lebih dalam, proses pernbekuan berlangsung lambat (Brennan, 1981).
Pada awal proses pembekuan, terjadi fase preceding dimana suhu k h a n
diturunkan dari suhu awal ke suhu titik beku. Pada tahap ini semua kandungan air
bahan berada pada keadaan cair (Holdworth, 1968). Setelah tahap precooling
terjadi tahap perubahan fase, pada tahap ini terjadi pembentukan kristat es
(Heldman dan Singh, 1981). Pada prinsipnya pembekuan baru dimulai pada saat
suhu permukaan mencapai -1 O C , yaitu pada saat dimulainya pembentukan kristal
es (Ramaswany dan Tung, 1984).
Pernbekuan Vakum
Berdasarkan sifat termodinarnika air, pembekuan dapat dilakukan dengan
proses vakum, yaitu penurunan suhu titik didih air pada tekanan rendah (Tabel 1 dan
Gambar 1). Jika suatu bahan pangan ditempatkan pada suatu ruangan bertekanan
lebih rendah dari tekanan jenuh yang bersesuaian dengan suhu air di dalam bahan,
maka akan terjadi penguapan sebagian air dari bahan yang membutuhkan panas
laten penguapan. Panas laten tersebut diambil dari bagian bahan lainnya sehingga
terjadi penurunan panas sensibel dan menyebabkan penurunan suhu. Penurunan
suhu tersebut akan berlangsung hingga terjadi keseimbangan antara suhu bahan
dengan suhu jenuh yang bersesuaian dengan tekanan dalarn ruang tersebut
(Tambunan,l993).
Tekanan
(kPa)
Tabel I . Sifat termodinamika air
Suhu Titik Didih
Panas Laten
("C)
Penguapan (kJ/kg)
Volume Jenis Uap
(m3/kq)
701.3
100.0
2257.0
Sumber : Keenan, ef a/,(1978) ; Moran, eta/,(1988)
Garnbar 1. Diagram fase untuk air, gambar tidak menggunakan skala (Heldman dan
Singh 1981).
Pada awalnya fenomena ini dimanfaatkan untuk mendinginkanbahan pangan
dan disebut metoda pendinginan vakum. Dengan beberapa modifikasi, fenomena
tersebut dapat dimanfaatkan untuk membekukan bahan pangan yang mengandung
air, sehingga dapat d~sebutdengan metoda pembekuan vakum.
9
Aspek keteknikan pada pernbekuan pangan mencakup berbagai bidang yang
cukup menarik.
Dalam upaya merekayasa suatu instalasi refrigerasi untuk
pembekuan pangan, diperlukan informasi tentang
perubahan entalpi yang
berlangsung selama proses pembekuan dan laju pembekuan yang diinginkan.
Perubahan Suhu
Perubahan suhu bahan selama pembekuan menurun secara berangsurangsur selarna panas laten pernbekuan dilepaskan dari air yang terdapat dalam
bahan.
Proses pembekuan mempunyai dua sifat yang khas, jika dibandingkan
dengan pembekuan pada air murni. Pertama, suhu pada awal pembentukan kristal
es pada bahan lebih rendah dari pada suhu pada awal pembentukan kristal es pada
air murni.
Kedua, panas laten pembekuan dilepaskan secara berangsur-angsur
selama penurunan suhu bahan. Keadaan sebenarnya dari kurva suhu-waktu akan
bervariasi tergantung dari komposisi produk dan struktur produk (Heldman dan
Taylor, 1997).
Proses pelepasan panas atau penurunan suhu selama pembekuan,
berlangsung selama tiga tahap (Lampiran 10). Tahap pertama, penurunan suhu
yang berlangsungcepat hingga sedikit di bawah O°C,yakni saat air mulai membeku.
Tahap kedua, yakni tahap penahanan panas. Artinya pelepasan panas dari bahan
berlangsung lambat dan sukar, berhubung bagian terbesar dari air bahan harus
diubh menjadi kristal es. Hal ini berlangsng pada wilayah suhu antara O°C sld
doc.
Tahap ketiga, yakni pembekuan selanjutnya air tersisa mencapai suhu operasi yang
ditentukan sebelumnya, yang sama dengan suhu operasi penyimpanan beku.
Laju Pembekuan
Salah satu pertimbangan pernilihan suatu proses dalam industri pernbekuan
pangan beku adalah laju pernbekuan.
Laju pernbekuan tidak saja rnenentukan
struktur akhir produk beku, tetapi juga rnempengaruhi lama pernbekuan (Heldrnan
dan S~ngh,1981).
Menurut Lembaga Refrigerasi International (1971), laju pembekuan suatu
massa pangan adalah ratio antara jarak mjnirnal antara perrnukaan dengan titik
pusat termal dibanding dengan waMu yang diperlukan oleh produk pangan
rnencapai suhu 0
O C
pada permukaan bahan sarnpai rnencapai suhu -5
O C
pada
pusat terrnal bahan
Salah satu variasi terhadap definisi Lernbaga Refrigerasi lnternational ialah
Thermal Arrest Time (TAR), rnenurut definisi ini ,laju pernbekuan ialah pengukuran
waktu yang dibutuhkan titik yang paling larnbat rnembeku pada produk, untuk
menurunkan suhu dari 0
O C
menjadi -5
O C .
Sedangkan Heldrnan dan Singh (1981) rnengatakan laju pembekuan ialah
pengukuran waMu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu produk pada titik yang
paling lambat rnenjadi dingin atau beku, dihitung dari saat tercapainya titik beku awal
sarnpai tercapainya tingkat suhu yang diinginkan di bawah titik beku produk tersebut.
Meskipun disadari bahwa definisi ini tidak terlepas dari kekurangan, agaknya masih
rnerupakan komprorni terbaik bila dibandingkan dengan keunggulan dan kelernahan
definisi lain (Heldrnan dan Singh, 1981).
Laju pernbekuan dapat diatur dan sangat rnenentukan sifat dan rnutu produk
beku yang dihasilkan. Sifat produk yang diakibatkan oleh pernbekuan yang sangat
cepat sangat berbeda dari produk yang dihasilkan dari pembekuan lambat.
Pembekuan yang sangat cepat akan rnenghasilkan kristal es yang kecil tersusun
11
secara merata pada jaringan. Sedangkan pembekuan larnbat akan rnenyebabkan
terbentuknya kristal es yang besar yang tersusun pada ruang antar sel dengan
ukuran pori yang besar. Dari segi kecepatan berproduksi, pernbekuan secara sangat
cepat dianggap menguntungkan, selama mutu produk yang dihasilkan tidak
dikorbankan (Heldman dan Singh, 1981).
King (1971) membagi laju pembekuan ke dalam 3 golongan yaitu ; (1).
Pernbekuan lambat, jika waktu pembekuan adalah 30 rnenit atau lebih untuk Icrn
bahan yang dibekukan, (2). Pembekuan sedang , jika waktu pembekuan adalah
20-30 rnenit atau lebih untuk 1 cm bahan yang dibekukan dan, (3). Pembekuan
cepat, jika waktu pernbekuan adalah kurang dari 20 rnenit untuk 1 crn bahan yang
dibekukan.
Kehilangan Air
Kehilangan air dari makanan mernpunyai konsekuensi ekonorni yang penting
dan rnendapat lebih banyak perhatian.
Hal Int rnerupakan faktor utarna dan
terkadang rnenjadi faktor pembatas pada tingkat kehidupan bahan makanan.
Kehilangan uap air dapat juga ditunjukkan dengan terjadinya frwzerbum, suatu
penampilan glasi dalam beberapa produk daging yang diakjbatkan oleh adanya
rongga-rongga kecil di bagian belakang dari es yang telah tersublimasi (Kaess,
1961), keputih-putihan dan tampak seperti kayu pada daging yang telah diawetkan
rnelalui pengeringan. Kadang-kadang potongan-potongan kecil itu disebabkan oleh
kerusakan atau ketidaksernpurnaan pembungkus sehingga penarnpilannya tidak
dapat diterirna.
Kehilangan kualitas secara visual terkadang berkenaan dengan
freezerburn. Perpindahan uap di dalam produk beku yang dibungkus menghasilkan
forrnasi es di dalarn pernbungkus yang kurang menarik.
12
Sekalipun penerirnaan dan sifat-sifat kualitas lainnya tidak dipengaruh~,
perpindahan uap rnernpunyai pengaruh kuantitas yang berarti di dalarn kehilangan
berat. Air yang hilang mempunyai nilai ekonorni yang sarna seperti produk yang
rnenguap dan sangat rnernpengaruhi keuntungan suatu perusahaan (Pharn dan
Mawsen, 1997)
Air Tak Beku
Air di dalam bahan pengan berada dalam dua (atau lebih) keadaan. lstilah
yang urnurn digunakan adalah air terikat dan air bebas. Sebagian rnenerima definisi
air terikat sebagai air yang tidak dapat membeku pada suhu - 5 O F .
Sebatiknya air
bebas rnenunjukkan sifat-sifat fisik dan kirnia air yang cair atau mernbeku sesuai
dengan kondisi larutannya. Dalarn daging ikan, para peneliti telah rnendapatkan
bahwa sampai dengan -30°F masih terdapat sebagian air yang bersifat non kristal,
rneskipun jumlahnya kecil sekali.
Air terikat berada dalarn keadaan yang lebih
proporsional dengan kandungan air bebas daripada zat padat dalam sistem. Dalam
ha1 ini ada suatu pergeseran jurnlah air terikat yang disebabkan karena pernbekuan
[Desrosier, 1988).
Sifat Fisik Produk Beku
Perubahan rnutu pangan selarna pernbekuan dan thawing berperan penting
dalam penerirnaan konsumen sebagai bahan rnakanan beku.
Perubahan mutu
selarna pembekuan disebabkan oleh laju pernbekuan, suhu penyimpanan dan
fluktuasi suhu selarna penyirnpanan, serta lama penyirnpanan. Sehingga perubahan
rnutu penting sekali untuk rnenentukan kualitas bahan beku disernua bagian, dimulai
dari bahan segar sarnpai bahan setelah di-thawing (Mallikarjunan dan Hung, 1997).
13
Perubahan mutu yang coba dilihat pada penelitian ini adalah warna, protein dan
vitamin C.
1. Warna
Bagi konsumen penampilan fisik dan warna termasuk salah satu faMor yang
mempengaruhi dalam membuat keputusan untuk membeli bahan makanan. Warna
dapat didefinisikan sebagai penyebaran energi dari cahaya yang dipantulkan oleh
produk pangan atau cahaya yang diteruskan melalui produk pangan, tergantung dari
bagaimana cahaya tersebut bereaksi dengan komponen bahan pangan tersebut.
Pada reaksi tersebut pantulan cahaya menentukan warna dan penampilan bahan
(Mallikarjunan dan Hung, 1997).
Warna dapat diukur dengan menggunakan chromameter. Pantulan warna
dari chroma meter menggunakan tanda warna Yxy, dimana x dan y adalah sifat dari
warna (hue dan chroma) misalnya rnerah, kuning, hijau, biru. Sedangkan Y adalah
nilai persentasi kemurnian warna (purity of coloi).
Kemurnian dari beberapa
spectrum warna adalah 100%. Kemurnian dari warna putih adalah no1 (Mohsenin,
1983).
2. Protein
Protein merupakan salah satu kelompok bahan makronutrien. Tidak seperti
bahan makronutrien lain (lemak dan karbohidrat), protein ini berperanan lebih
penting dalam pembentukan biomolekul dartpada sebagai sumber energi. Namun
demikian apabila organisme sedang kekurangan energi, maka protein in terpaksa
dapat juga dipakai sebagai sumber energi. Kandungan energi protein rata-rata 4
kilokalori/grarn atau setara dengan kandungan energi karbohidrat (Sudarmadji, 199).
14
Pembekuan hanya menyebabkan sedikit
nilai gizi protein, sehingga
dimungkinkan untuk mendenaturasikan dengan perlakuan demikian. Hal ini dapat
dilihat dalarn proses pendadihan bahan-bahan yang berprotein terutama selama
pembekuan dan pencairan yang berulang-ulang. Walaupun nilai biologis protein
yang mengalami denaturasi, sebagai bahan pangan manusia, bahan pangan
tersebut mungkin akan berubah sama sekali karena perlakuan-perlakhan yang
demikian (Desrosier, 1988).
3. Vitamin C
Vitamin C atau asam askorbat mempunyai berat molekul 178 dengan rumus
molekul C6H8O6dalam bentuk kristal tidak betwarna, titik cair 190-192OC. Bersifat
larut dalam air, sedikit larut dalam aseton atau alkohol yang mernpunyai berat
rnolekul rendah.
Vitamin C mudah teroksidai, lebih-lebih apabila terdapat
katalisatoer Fe, Cu, enzim Askobat oksidase, sinar, ternperatur yang tinggi. Larutan
encer vitamin C pada pH kurang dari 7.5 masih stabil apab~latidak ada katalisator
seperti di atas (Sudarmadji, 1996).
Proses pembekuan bukanlah merupakan suatu proses yang merusak zat
gizi. Tapi kenyataannya menunjukkan bahwa makin rendah suhu bahan pangan
maka retensi zat gizi makin baik. Tetapi proses pengawetan bahan pangan dengan
pembekuan termasuk juga preparasi dan pengolahan komoditi itu. Selama dalam
tahap-tahap pengolahan dapat terjadi kehilangan-kehilangan zat gizi. Kehilangan
vitamin-vitamin berlangsung terus sepanjang pelaksanaan pengolahan, misalnya
selama balnsing dan pencucian, pemotongan dan penggilingan.
Terkenanya
jaringan-jaringan oleh udara akan menyebabkan hilangnya vitamin C karena
oksidasi.
Umurnnya kehilangan vitamin C terjadi bilamana jaringan dirusak dan
15
terkena udara. Selama penyirnpanan dalam keadaan beku kehilangan vitamin C
akan berlangsung terus.
Makin tinggi suhu penyirnpanan makin besar terjadinya
kerusakan zat gizi. Dalam bahan pangan beku kehilangan yang lebih besar dijumpai
terutama pada vitamin C daripada vitamin yang lain. Blansing untuk rnenginaktifkan
enzim adalah penting untuk rnelindungi tidak hanya vitamin-vitamin akan tetapi juga
kualitas bahan pangan beku pada umurnnya (Desrosier, 1988).
METODE PENEUTIAN
Ternpat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa Jurusan
Teknik Pertanian Fakultas Teknolog~Pertanian lnstitut Pertanian Bogor dari bulan
Juni-September 2000.
Analisa sifat fisik bahan dilakukan di PAU (Pusat Antar
Universitas) Pangan dan Giz~lnstitut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Mesin Pembeku Vakum
Penelitian dilakukan dengan menggunakan multi - purpose
vacuum
equipment yang dapat berfungsi sebagai mesin pembeku vakum. Spesifikasi teknis
komponen-komponen mesin tersebut adalah sebagai berikut :
I.Ruang pembeku :
Bentuk : s~linderdengan diameter 60 cm dan panjang 50 cm
Bahan : besi cor, tebal2 cm
Bahan pintu : acrylic, tebal 6 cm
Penyekat panas : bahan styrofoam
2. Pompa vakurn :
Jenis : pompa rotari tipe CRP-500 (Diavac, Ltd)
Kapasitas pemompaan : 500 I~ter/menit
Derajat vakum (ultimate pressure) : 10-3torr (mmHg)
Motor penggemk : motor ltstrik 3 @ 220 V, daya 0.75 KW
3. Perangkap dingin (coldtrap)
Sistem : pendinginan mekanik (kompresi uap) dengan refrigerasi R-22
Kapasitas pendingin : I100 W
Koil pendingin : bahan tembaga
Refrigerator : tipe UF-RH 1130 S (Sanyo)
Alat Ukur
Mesin yang digunakan dilengkapi dengan perangkat ukur yang diperlukan,
seperti untuk pengukuran suhu, tekanan dan berat secara otomatis.
Parameter
yang diukur adalah suhu bahan (suhu bahan pada empat lokasi yaitu bawah, tengah
1, tengah 2 dan atas bahan), suhu coldtrap dan suhu shelf cooling (lempeng
sentuh), tekanan ruang pembeku, serta berat bahan pada awal dan akhir percobaan.
Spesifikasi teknis peralatan ukur yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Pengukuran Suhu :
Alat : termokopel type T (CC)
Ukuran : 0.3 rnm
2.
Pengukuran tekanan
a.
Baratron type 122 A
Kapasitas : < 100 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.01 mmHg
b. Baratron type 127
Kapasitas : < 10 mmHg
Satuan ukuran terkecil : 0.001 mmHg
Power supply readout : type 113 A (MKS Instrument I n C . )
3. Pengukuran berat
Alat : Timbangan elektonik type EK-1200A(AND)
Kapasitas : 600 gram
Satuan ukuran terkecil : 0.1 gram
Semua alat ukur tersebut dirangkai dengan pencacah Hybrid Recorder HR2400 (Yokogawa) untuk pencatatan data dan green kit 88 yang dihubungkan dengan
kornputer dengan interface RS 232C untuk dilihat langsung di layar komputer dan
perekaman data digital ke dtsket magnetik.
Mekanisme Kerja Alat Pernbeku Vakum
Mesin pernbeku vakum terdiri dari tiga komponen utama (Gambar 2), yaitu
ruang pembeku (vaccum chamber), pompa vakum (vaccum pump) dan perangkap
uap. Bahan yang akan dibekukan diletakkan di dalam ruang pembeku yang kedap
udara.
Udara di dalarn ruang pembeku dipompa keluar dengan menggunakan
pompa vakum untuk mendapatkan tekanan ruang yang rendah.
Secara alami,
udara yang dihisap dari ruang pembeku mengandung uap air, khususnya setelah
terjadi penguapan. Uap air yang terbawa tersebut dipisahkan dari udara kering
dengan menggunakan perangkap uap, yaitu dengan pengembunan sehingga tidak
rnemasuki pornpa vakum sedangkan yang masuk ke pompa vakum hanyalah udara
kering.
Perangkap uap adalah suatu lilitan pipa (koil) yang mana didalarnnya
dialirkan cairan dingin atau refrigeran dari refrigerator. Untuk dapat mengembunkan
uap air dari udara, suhu permukaan koil pendingin tersebut harus lebih rendah dari
suhu jenuh air pada tekanan di dalam ruang perangkap dingin tersebut.
Ruang Pembeku Vakum
-
Pompa vakum
Gambar 2. Mesin pembeku vakum
Wadah Contoh (sample holder)
Wadah contoh yang digunakan berupa silinder plastik dengan diameter
11.3 cm dan tinggt 11.5 cm. Wadah contoh diinsulasi supaya pindah panas hanya
terjadi satu arah (dari dasar ke permukaan bahan untuk pembekuan vakum dan dari
permukaan ke dasar bafian untuk pembekuan lempeng sentuh).
Insulasi
menggunakan busa super dengan ketebalan 2 cm. Wadah contoh dilengkapi
dengan tutup yang bisa dilepas. Pada bagian atas tutup diberi lubang lubang kecil
berdiameter 0.8 mm untuk penguapan air.
Untuk pembekuan vakum, insulasi diberikan pada seluruh keliling dinding
luar dan bawah wadah contoh (Gambar 3), sedangkan untuk pembekuan lempeng
sentuh, bagian bawah (dasar) wadah contoh diganti dengan aluminium yang
nantjnya wadah beserta isinya akan diletakkan di atas lempeng pembeku
Pembekuan vakum
Pembekuan lempeng sentuh
Garnbar 3. Skema wadah contoh
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah buah markisa (Passiflofa
edulis Stms f. edulis Deg) yang diperoleh dari Pasar Petisah Kotamadya Medan
Sumatera Utara.
Prosedur Penelitian dan Pengukuran
Buah rnarkisa djbelah dan dikeluarkan isinya. Isi buah markisa tersebut
d~bekukandengan metode pernbekuan vakum dan pembekuan lernpeng sentuh
dengan 3x ulangan.
Pada proses pembekuan vakum, suhu perrnukaan koil perangkap dingin diatur
secara otomatis pada kisaran -36
OC,
Urutan prosedur kerja untuk pembekuan vakum adlalah :
1. Perangkat ukur dan refrigerator dihidupkan dan ditunggu sampai suhu
permukaan koil mencapai - 36 OC
2. Bahan sebanyak kurang lebih 275 ml (setinggi 3 cm dari dasar wadah)
dimasukkan ke dalam wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan di 4 bagian.
Letak sensor termokopel adalah seperti
pada Gambar 4.
Gambar 4. Titik pengukuran pada bahan
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilgngkapi termokopel dimasukkan
dalam ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup, pompa wkum dihiduplmn dBn perekaman data dimulai.
6. Setelah suhu bahan mencapai -27OC,
katup pemasukan udara (laek valve)
dibuka dan pompa dimatikan.
7. Bahan dtkeluarkan .
8. Data dibaca, direkam ke dalam disket serta dianalisa.
Sedangkan urutan pekerjaan untuk pembekuan lempeng sentuh adalah :
1. Perangkat ukur dan refrigerator dihtdupkan dan ditunggu sampai suhu
permukaan lempeng mencapai - 43
OC
2. Bahan sebanyak 275 ml (setinggi 3 cm dari dasarwadah) dimasukkan ke dalam
wadah contoh.
3. Termokopel diletakkan seperti pada Gambar 4.
4. Wadah contoh yang berisi bahan yang telah dilengkapi termokopel dimasukkan
ke dalarn ruang pembeku.
5. Ruang pembeku ditutup dan perekaman data dimulai.
6. Setelah suhu bahan mencapai -27OCkonstan, bahan dikeluarkan .
7. Data dibaca, direkam ke dalam disket serta dianalisa.
Pengamatan dan Pengolahan Wta
Pengamatan
Pada proses pembekuan vakum dan lempeng sentuh ini, pengamatan yang
dilakukan adalah perubahan tekanan ruang pembeku, perubahan suhu dan
perubahanan berat sebelurn dan setelah pembekuan. Kemudian bahan yang telah
dibekukan dianalisa sifat fisiknya yaitu perubahan warnanya. Serta dianalisa sifat
kimianya melalui uji proximate untuk melihat kandungan protein dan vitamin C
sebelum dan setelah pembekuan.
Perubahan tekanan ruang pembeku, suhu ruangl pembeku diarnati setiap 1
menit sekali hingga akhir percobaan. Sedangkan pencatatan berat dilakukan dengan
cara menimbang berat awal bahan sebelum pembekuan dan berat akhir bahan
setelah selesai proses pembekuan. Dtsamping pencatatan data dengan komputer
juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit mesin pembeku.
Pengamatan suhu dilakukan antara lain pada permukaan koil perangkap
uap (coldtrap), pada permukaan plat pembeku (shelf cooling) dan pada bahan
(bagian atas, tengah 1, tengah 2 dan bagian bawah). Disamping pencatatan data
dengan komputer juga dilakukan pencatatan data dengan kertas grafik pada unit
mesin pembeku vakum.
Parameter-parameter
yang
diamat1
digunakan
untuk
menentukan
karakteristik pembekuan vakum yaitu perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air
yang diuapkan/disublimasikan dan jumlah air tak beku serta pengaruhnya terhadap
mutu (warna, protein dan vitamin C) hasil pembekuan.
Selanjutnya, karakteristik pembekuan vakum tarsebut akan dibandingkan
dengan karakteristik pembekuan dengan metoda lain yaitu pembekuan lempeng
sentuh (contact plate freezer).
Pembandingan juga akan dilakukan terhadap
konsumsi energi per satuan massa selama proses pembekuan.
Pengolahan Data
1. Menentukan suhu jenuh air
Tekanan ruang pembeku dikonversikan menjadi suhu jenuh air yang dianggap
sebagai suhu media pernbeku pada pebekuan vakum. Hal ini dihitung dengan
menggunakan persamaan :
Lea=
- 2744.807
Tf
dimana, Pf =
t10.712 .............................................................
Tekanan uap es (Torr)
(1)
Tf =
suhu mutlak es, (K)
(Rothmayer, 1975)
2. Menentukan laju Pernbekuan
Laju pembekuan dihitung dengan rnenggunakan definisi dari Lembaga
Refrigerasi Internasional (Heldman dan Singh, 1981).
Laju pembekuan : rasio perbandingan jarak minimal antara permukaan produk
dengan titik pusat panas dengan waMu yang diperlukan oleh
produk pangan untuk mencapai suhu O°C pada permukaan
bahan hingga rnencapai suhu a 0 C pada pusat panas.
3. Menentukan jumlah air yang diuapkan
Jurnlah air yang diuapkan dapat dilihat dari jumlah hilangnya berat selarna
pembekuan berlangsung, yaitu dengan cara menimbang bahan sebelurn
pembekuan dan setelah pembekuan. Hal ini dapat dihitung dengan rumus :
mb(%) =
dimana, mb
mbo - mbf
mbo
=
x
100%
... . . . .. . ... . .... ... . .... . ... . .... .... .... . .... .... ...
massa bahan (%)
mbo =
rnassa bahan sebelum pembekuan (gr)
mbt =
massa bahan setelah pembekuan (gr)
4. Menentukan fraksi air tak beku
Fraksi air belum beku dalam bahan dapat dihitung dengan persamaan
Xa dapat didefinisikan sebagai
dimana, Xa
= fraksi mol air tak beku
To
=
suhu tjtik beku air (273.15 K)
Tb
=
suhu bahan (K)
Mw =
berat molekul air (kg/mol)
L
=
panas laten (KJ/kg)
Rg
=
konstanta gas (KJ/mol K)
Ma
=
berat rnolekul air
ma
=
kadar air dalam produk
Ms
=
berat molekul padatan dalam produk
ms
=
kadar padatan dalarn produk
5. Konsumsi energi
a.
Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan hingga membeku
Ql= rncpo(~o
-TI)
dimana, Q1
=
... ........ ..... ... ..... ............. .... .... ..... .... .... ........ ( 5 )
panas sensibel yang dilepaskan sebelum pembekuan
(KJ)
m
=
massa bahan (kg)
Cpo
=
panas jenis sebelum pembekuan (kJ/kg K)
=
0.008 (KA dlm bahan) + 0.20, BTU/lb O
(Winarno, 1993).
To
=
suhuawal(K)
TI
=
suhu titik beku (K)
F
b. Kebutuhan energi untuk mengubah fase cair menjadi fase padat
Q2 = mL
........................................................................
dirnana, Q2
(6)
=
panas laten yang dilepaskan selama pernbekuan (KJ)
m
=
massa bahan rata-rata(kg)
L
=
panas laten pernbekuan rnarkisa (kJlkg)
Panas laten pembekuan rnarkisa dianggap =ma
dengan panas laten
pernbekuan air yaitu 144 BTUllb (Winarno, 1993), jika dikonversikan ke
sistern rnks adalah 335 kJlkg.
c. Kebutuhan energi untuk menurunkan suhu bahan dari titik bekunya hingga
akhir pembekuan
Q3 = r n ~ ~ t-(T ~I )2
dimana, Q3
............................................................... (7)
=
panas sensibel yang dilepasKan setelah pembekuan (KJ)
m
=
rnassa bahan (kg)
Cpt
=
panas jenis bahan di bawah litik beku (kJIkg K)
=
0.003 (KA dlm bahan) + 0.20, BTUllb O
F
(Winarrro, 1993)
TI
=
suhu titik beku (K)
T2
=
suhu akhir pembekuan (K)
Total panas yang harus dilepaskan untuk rnembekukan bahan pangan dan
menurunkan suhu adalah
Qo=Ql+Q2+Q3
........................................................................
(8)
(Desrosier, 1988)
Sedangkan daya kompresor pada rnesin refrigeran dihitung dengan rumus :
Qkornp = rna(hl- hg ) ........................................................................
(9)
dimana, ma
=
laju aliran massa (kgldet)
Qo
=
kapasitas pendinginan (KW)
qo
=
efek pendinginan (kJlkg)
hl
=
entalpi refrigeran pada kondisi liquid (kJ/kg)
hg
=
entalpi refrigeran pada kondisi gas (kJ/kg)
(Stocker dan Jones, 1987)
Kerja coldtrap yang diperlukan untuk mengembunkan uap air dari bahan
dihitung dengan rumus :
Qkond = hfg
x w
dimana, hfg=
=
w =
=
........................................................................
(11)
2483.8 kJ/kg pada tekanan 0.1 torr (tekanan operasi)
entalpi perubahan fase gas ke cair pada tekanan 13.3 Pa
berat es (kg)
berat awal - berat akhir
(Heldman dan Singh, 1981; Tirtasari, 1996)
Kebutuhan daya untuk pompa vakum 0.75
kw
Penentuan Mutu Hasil Pembekuan
Analisis pengaruh perlakuan proses pembekuan terhadap mutu hasil
dtlakukan dengan pengujian laboratorium. Parameter yang diuji sebagai indikator
mutu adalah warna dan sifat kimia bahan. Pengukuran warna dilakukan dengan alat
chromameter di Laboratoriurn Rekayasa Pangan PAU, sedangkan pengukuran sifat
kimia (analisa proximate) dilakukan di Laboratorium Gizi dan Pangan PAU IPB.
HASlL DAN PEMBAHASAN
Parameter yang diamati pada penelitian ini adalah karaweristik pembekuan
(perubahan suhu, laju pembekuan, jumlah air yang menguap, jumlah air tak beku)
dan mutu pulp markisa beku (warna, protein dan vitamin C) serta konsumsi energi
selama proses pembekuan.
Karakteristik Pembekuan
1. Perubahan Suhu
Gambar 5 dan 6 menunjukkan profil suhu selama proses pembekuan vakum
dan pembekuan lempeng sentuh. Sebaran suhu pada bahan dinyatakan dalam
empat titik, yaitu suhu bagian bawah (0 cm), bagian tengah 1 (Icm dari dasar),
bagian tengah 2 (2 cm dari dasar) dan bagian atas (3 cm dari dasar). Pada gambar
tersebut juga ditunjukkan perubahan suhu perangkap uap air (coldtrap) dan
perubahan tekanan dalam ruang pembeku untuk pembekuan vakum serta suhu
lempeng sentuh untuk pembekuan lempeng sentuh.
Dari kedua gambar tersebut terlihat perbedaan yang jelas antara suhu bahan
selama proses pembekuan vakurn dan pembekuan lempeng sentuh. Pada
pembekuan vakurn, penurunan suhu hingga titik beku berlangsung sangat cepat
dibandingkan dengan pembekuan lempeng sentuh. Setelah mencapai titik beku,
laju penurunan suhu bahan selama pembekuan vakum mengalami perlambatan
karena kebutuhan panas laten pembekuan air, yang juga terjadi pada pembekuam
lempeng sentuh. Keseragaman suhu bahan tampak lebih balk pada pembekuan
vakurn daripada pernbekuan lempeng sentuh sejak awal sarnpai akhir proses
pernbekuan. Keseragarnan suhu bahan penting dalarn rnencegah rnigrasi air yang
berpengawh terhadap mutu hasil pernbekuan.
-Tbhn begian atas (3cm)
Tbhn begiantengah (Icm)
T cd(pa)
-mhn
T
-T
t
bagIan tengah (21371)
h k @ n bmvah (Ocm)
media
Garnbar 5. Profit suhu dan tekanan selama proses pernbekuan wkurn II
-T
-Wn
-Tbhn
lempeng sentuh
bag'an tengah (2cm)
bag'an bawah (Ocm)
T b h n bag'an atas (Xm)
-Tbhn
bag'an tengah (Icm)
Garnbar 6. Profil suhu selama proses pembekuan lempeng sentuh I1
30
Pada awal pembekuanvakum (Gambar 5) terjadi peningkatan suhu coldtrap,
pola yang sama juga dijumpai pada penelitian pembekuanvakum bahan pangan cair
(Tambunan, eta/. 2000). Peningkatan suhu coldtrap terjadi akibat adanya semburan
(flash) saat tekanan ruang pembeku telah mencapai tekanan jenuh (saturation
pressure) uap air yang sama dengan suhu air dalam bahan.
Kondisi tersebut
dikenal sebagai titik sembur (flash point), yang merupakan titik awal terjadinya
pendidihan. Uap air yang terjadi selama pendidihan dih