FREEZE DRYING / PENGERINGAN BEKU

"Sang Landep"

Pada pengeringan konvensional, panas digunakan untuk menghilangkan air sehingga bahan pangan menjadi lebih awet karena a_w-nya berkurang. Tetapi ternyata penggunaan panas pada pengeringan konvensional juga menyebabkan kehilangan karakteristik sensori dan kualitas gizi pada bahan pangan yang bersangkutan.

Oleh karena itu kemudian diciptakan sistem pengeringan beku (freeze drying), yaitu pengawetan bahan pangan dengan cara mengurangi a_w produk tanpa melalui proses pemanasan sehingga karakteristik sensori dan kualitas gizinya lebih terjaga. Namun biaya pengeringan beku ternyata jauh lebih tinggi dibandingkan biaya untuk pengeringan konvensional. Biaya ini meliputi biaya investasi dan biaya operasi (pembekuan dan produksi kevakuman).

Pengeringan beku sangat penting untuk pengawetan bahan pangan dengan aroma dan tekstur sebagai standar mutu utamanya (misalnya kopi, jamur, rempah dan herba, sari buah, daging, seafood, ataupun sayuran). Karena kualitas yang lebih baik dan biaya produksi yang lebih tinggi maka harga produk hasil pengeringan beku menjadi lebih mahal. Perlu diketahui, kultur mikroba juga dapat diawetkan menggunakan pengering beku.

 

Langkah pertama pengeringan beku adalah membekukan bahan pangan pada alat pembeku konvensional. Potongan-potongan bahan pangan dibekukan dengan cepat agar dihasilkan kristal es berukuran kecil sehingga dapat meminimalkan kerusakan pada struktur sel. Bahan pangan cair dibekukan secara lambat agar dihasilkan kristal es yang berpori sehingga memungkinkan pergerakan uap air. Tahap selanjutnya adalah menghilangkan air dari bahan pangan dengan proses “pengeringan”. Jika tekanan uap air pada bahan pangan dijaga di bawah 4,58 Torr (610,5 Pa) dan air pada bahan pangan dibekukan, maka ketika bahan tersebut dipanaskan es padat akan langsung menyublim menjadi uap tanpa mencair terlebih dahulu.

Bahan pangan dikeringkan dalam dua tahap, yaitu (1) dengan sublimasi sekitar 15% kadar air, kemudian (2) dengan pengeringan evaporasi (desorpsi) air yang tidak membeku hingga diperoleh kadar air 2%. Panas yang dibutuhkan untuk sublimasi (panas laten sublimasi ) disalurkan ke bahan pangan atau diproduksi dalam bahan pangan oleh gelombang mikro.

Pada beberapa bahan pangan cair (misalnya sari buah dan konsentrat ekstrak kopi), pembentukan tekstur yang mirip kaca menimbulkan kesulitan dalam transfer uap. Oleh karena itu cairan biasanya dibekukan dalam bentuk busa atau dikeringkan bersama pulpnya. Kedua metode tersebut menghasilkan saluran yang memungkinkan uap meninggalkan bahan pangan. Metode lain juga dapat digunakan, yaitu jus beku digiling untuk menghasilkan granula sehingga pengeringan berlangsung lebih cepat dan kontrol ukuran partikel berjalan lebih baik.

Kecepatan pengeringan terutama dipengaruhi oleh resistansi bahan pangan terhadap transfer panas dan (lebih sedikit) dipengaruhi oleh resistansi aliran uap (transfer masa) selama sublimasi.

Ada tiga metode transfer panas selama sublimasi, yaitu sebagai berikut.

1.      Transfer panas melalui lapisan beku. Kecepatan transfer panas tergantung pada ketebalan dan konduktifitas panas dari lapisan es. Selama proses pengeringan, ketebalan es berkurang dan kecepatan transfer panas meningkat. Suhu permukaan yang lebih panas dibatasi untuk menghindari es mencair.

2.      Transfer panas melalui lapisan kering. Kecepatan transfer panas tergantung pada ketebalan dan luas area bahan pangan, konduktifitas panas lapisan kering, dan perbedaan suhu antara permukaan bahan pangan dan es. Jika tekanan rak konstan maka suhu es juga cukup konstan. Lapisan kering bahan pangan memiliki konduktifitas panas yang rendah sehingga resistansinya terhadap aliran panas menjadi tinggi. Selama pengeringan lapisan ini akan menebal dan resitansinya meningkat. Seperti pada unit operasi lain, pengecilan ukuran bahan pangan dan peningkatan perbedaan suhu akan meningkatkan kecepatan transfer panas. Tetapi dalam pengeringan beku suhu permukaan dibatasi maksimal 40-65°C untuk menghindari denaturasi protein dan perubahan kimia lainnya yang dapat menurunkan kualitas bahan pangan.

3.      Pemanasan dengan gelombang mikro. Panas yang dihasilkan oleh gelombang mikro dikenakan langsung pada es. Kecepatan transfer panasnya tidak dipengaruhi oleh konduktifitas panas es, konduktifitas panas bahan pangan kering, ataupun ketebalan lapisan kering. Pemanasan dengan gelombang mikro lebih sulit dikontrol dan mengandung resiko yang lebih besar, yaitu pemanasan berlebih pada titik tertentu akan menyebabkan es mencair.

Panas yang telah mencapai titik sublimasi akan meningkatkan suhu dan tekanan uap air es. Uap kemudian akan bergerak melewati bahan pangan yang telah kering menuju area (dalam ruang pendingin) yang tekanannya rendah. 1 g es membentuk 2 m³ uap pada tekanan 67 Pa. Oleh karena itu penghilangan ratusan m³ uap per sekon melalui pori-pori dalam bahan pangan kering menjadi sangat penting dalam pengeringan beku komersial. Faktor yang mengontrol gradien tekanan uap air adalah tekanan dalam ruang pendingin, suhu alat pendingin (keduanya diharapkan dengan biaya seekonomis mungkin), serta suhu es saat menyublim (seharusnya setinggi mungkin tapi tanpa sempat mencair). Dalam praktik, tekanan ruang pendingin yang paling ekonomis dicapai pada 13 Pa dan suhu alat pendingin yang paling ekonomis adalah -35°C.

Secara teoritis, suhu es dapat dinaikkan sampai beberapa derajat di bawah titik beku. Tapi di atas “suhu koleps”, padatan terlarut dalam bahan pangan akan bergerak (mengalir) akibat adanya gaya yang bekerja pada struktur bahan pangan tersebut. Jika hal ini terjadi maka struktur bahan pangan secara instant akan rusak sehingga menghambat transfer uap dan secara efektif menghentikan proses pendinginan. Oleh karena itu, untuk mengontrol transfer masa diberlakukan suhu es maksimum, suhu pendingin minimum, dan tekanan ruang pendingin minimum.

Bahan pangan yang dikeringkan dengan freeze drying mempunyai retensi karakteristik sensori dan kualitas gizi yang sangat tinggi, serta waktu simpan lebih dari 12 bulan jika dikemas dengan benar. Komponen aroma tidak ikut hilang selama sublimasi melainkan terperangkap dalam matriks makanan. Retensinya bisa mencapai 80-100%. Teksturnya juga cukup bagus, hanya terjadi sedikit sekali penyusutan dan tidak mengalami “case hardening”. Struktur berpori yang dihasilkan memungkinkan proses hidrasi yang cepat dan sempurna, tapi cukup rapuh sehingga membutuhkan proteksi agar tidak terjadi kerusakan mekanis.

Perubahan protein, lipid, pati atau karbohidrat lain sangat kecil. Namun struktur berporinya yang terbuka memungkinkan oksigen masuk dan mengoksidasi lipid. Oleh karena itu bahan pangan hasil pengeringan beku sebaiknya dikemas dalam kemasan kedap gas. Kerusakan vitamin juga sangat kecil. Biasanya kerusakan vitamin justru terjadi akibat kesalahan prosedur persiapan bahan pangan sebelum dikeringbekukan.

Berbagi :