Dasar Keteknikan Pengolahan FCN

DASAR KETEKNIKAN PENGOLAHAN Fithri Choirun Nisa MATERI: PREPARASI BAHAN BAKU PENGECILAN UKURAN PENCAMPURAN SEDIMENTASI PENDINGINAN PEMBEKUAN PUSTAKA: Fellows, P., Food Processing Technology: Principles and Practices PREPARASI BAHAN BAKU

Bahan baku: * kontaminan * komponen inedible* karakteristik fisik bervariasi

Preparasi PREPARASI: * Pembersihan * Sortasi * Grading * Pengupasan PEMBERSIHAN *Dilakukan pada tahap paling awal dalam proses pengolahan * Kategori : - Cara basah * Sifat bahan - Cara kering * Tipe kontaminan

Tipe kontaminan: - Logam- Bahan kimia - Mineral - Sel mikrobia - Tanaman- Produk mikrobia - Binatang Cara basah: tanah, debu, residu pestisida +tidak berdebu resiko kerusakan lebih kecil volume limbah & kebutuhan air Alat: spray washer, brush washer, drum washer, flotation tank Cara kering: bahan kecil, kuat, k.a. rendah kebutuhan alat tambahan utk mencegah debu Alat: air classifier, magnetic separator, ayakan Air classifier Magnetic separator SORTASI * Sortasi bentuk Alat: belt and roller sorter, disc sorter, image processing * Sortasi ukuran Alat: - Fixed-aperture screens (flat bed sreen dan drum screen: konsentrik, paralel, dan seri) - Variable-aperture screens - Image processing * Sortasi warna Alat:color sorter * Sortasi berat GRADING * Penentuan sejumlah atribut utk mendapatkan mutu keseluruhan dari bahan sortasi bagian dari grading * Grading dilakukan oleh operatorterlatih atau hasil analisis lab.PENGUPASAN Metode: - flash steambahan dikontakkan dgn steamsuhu & tekanantinggi permukaan mengalami flash off-knife buah jeruk - abrasion bahan dikontakkan dengancarborondum roller - caustic bahan dicelupkan dalam lar. NaOH(lye)10% - flame bahan dilewatkan furnace >1000C bawang PENGECILAN UKURAN Manfaat: * Peningkatan A/V peningkatan kec. transfer panas peningkatan kecepatan ekstraksi * Ukuran partikel tertentu sifat fungsional & pengolahan * Ukuran partikel yang sama pencampuran yg sempurna Berdasar bahan: * Pengecilan ukuran bahan padat * Pengecilan ukuran bahan cair Pengecilan Ukuran Bahan Padat Gaya yang diberikan: - CompressionFracture friable / crystalline - Impact Fibrous - ShearingFine grinding (attrition)(softer) Stress Strain Strong Weak Hard Soft E E B B B B B Y Stress Deformasi

- < elastic stress limit (E)bahan kembali ke bentuk awal energi dilepas sbg panas - > elastic stress limit (E)deformasi permanen - > yield point (Y)bergerak - > breaking stress patah sepanjang lines ofweakness energi dilepas sbg suara & panas Energi untuk pengecilan ukuran: - Kekerasan (hardness) - Tendensi untuk patah (friability) Hukum Kick coarse grinding Hukum Rittingerfine grinding Hukum Bonddiantara keduanya Hukum Kick: E ~ rasio ukuran awal dan akhir E = KK.ln d1 d2

E= energi per unit massa bahan (J) KK = konstanta Kick d1= ukuran bahan awal (m) d2= ukuran bahan hasil gilingan (m) d1 / d2 = rasio pengecilan ukuran yang digunakan untuk mengevaluasi performan relatif dari alat Hukum Rittinger: E ~ perubahan luas permukaan bahan E = KR.1 - 1 d2 d1

E = energi per unit massa bahan (J) KK = konstanta Rittinger d1= ukuran bahan awal (m) d2= ukuran bahan hasil gilingan (m) Hukum Rittinger P = KR.T. (1/Dvsb 1/Dvsa) P = daya yang diperlukan (Hp) KR = konstanta Rittinger T = kecepatan umpan (ton/menit) Dvsa = diameter sebelum dikecilkan (inci) Dvsb = diameter sesudah dikecilkan (inci) Hukum Bond: E= 100 - 100 W d2d1

E = energi per unit massa bahan (J) W= indeks kerja Bond (J.kg-1)d1= diameter ayakan 80% bahan awal lolos (m) d2= diameter ayakan 80% hasil gilingan lolos Hukum Bond P = 1,46. T. Wi. (1/\Dpb 1/\Dpa) P= daya yang diperlukan (Hp) T= kecepatan umpan (ton/menit) Dpa = diameter ayakan, 80% umpan lolos (ft) Dpb = diameter ayakan, 80% produk lolos (ft) Wi = indeks kerja (kW/jam/ton umpan) Contoh : Suatu alat penggiling menggunakan motor dengan daya 15 Hp dan kecepatan pengumpanan 8 ton/jam mampu menghasilkan partikel hasil gilingan dengan ukuran0,3 mm dari partikel yang berukuran 6 mm. Jika hasilgilingan digiling lagi dengan alat yang sama, berapakah ukuran partikel yang mampu dihasilkan? Contoh : Suatu alat penggiling menggunakan motor dengan daya 15 Hp dan kecepatan pengumpanan 8 ton/jam digunakan menggiling bahan sebanyak 750 kg yang berukuran 6 mm. Hasil gilingan lolos ayakan 100 mesh 300 kg, 65 mesh 200 kg, 48 mesh 250 kg.Jika kecepatan pengumpanan dinaikkan menjadi 10 ton/jam, berapakah ukuran partikel yang mampu dihasilkan? Ayakan standar Tyler Diakui oleh Biro Standar AS (1910) Lubang ayakan : * persegi * mesh = E lubang / inci Ukuran lubang ayakan di atasnya =\2. (1,414) kali Ayakan Skala Ayakan MeshDp (cm)MeshDp (cm) 4 6 8 10 14 20 28 0,4699 0,3327 0,2362 0,1651 0,1168 0,0833 0,0589 35 48 65 100 150 200 0,0417 0,0295 0,0208 0,0147 0,0104 0,0074 Kehalusan Hasil Gilingan Tingkat kehalusan dinyatakan dalam: a. Modulus kehalusan b. Indeks keseragaman a. Modulus kehalusan: tingkat kehalusan hasil gilingan & dinyatakan sbg jumlah dari berat fraksi-fraksi yang tertinggal dalam setiap ayakan dibagi 100. Ayakan: standar RO-Tap:3/8; 4-8-14-28-48-100 mesh Ukuran diameter rata-rata (D) D = 0,0041.(2)FM D= ukuran diameter rata-rata (inci) FM = modulus kehalusan b. Indeks Keseragaman: distribusi kasar, sedang, & halus dari partikel hasil gilingan Ayakan:8 dan 28 (jika modulus kehalusan tidak diperlukan) a. Modulus kehalusan Modulus kehalusan = 312/100 = 3,12 MeshBahan yg tertinggal (%) Faktor pengali Hasil 3/8 4 8 14 28 48 100 Pan 1,0 2,5 7,0 24,0 35,5 22,5 7,5 0,00 7 6 5 4 3 2 1 0 7,0 15,0 35,0 96,0 105,5 45,0 7,5 0,0 Jumlah100,0Jumlah312,0 b. Indeks Keseragaman Indeks Keseragaman = 1 : 6 : 3 MeshBahan yg tertinggal (%) Jumlah dibagi 10 Hasil pembulatan 3/8 4 8 14 28 48 100 Pan 1,0 2,5 7,0 10,5 24,0 35,559,5 22,5 7,5 0,00 30,0 1,05 5,95 3,00 Kasar 1 Sedang 6 Halus 3 Peralatan Roller millEkstruder Ball mill Disc mill Pengecilan Ukuran Bahan Cair - Emulsifikasi - Homogenisasi Emulsifikasi: pembentukan emulsi yg stabil dgn pencampuran dua/lebih cairan yang tdk saling larut, shg satu bagian (fase terdispersi) terdispersi dalam btk droplet yg sangat kecil pd bagian yg kedua (fase kontinu) Homogenisasi: pengecilan ukuran (ke 0,5 0,3 m) & peningkatan jumlah partikel padat atau cair dari fase terdispersi, gdn menggunakan shearing force utk meningkatkan ikatan & stabilitas dari dua bagian Faktor yang MempengaruhiStabilitas Emulsi: v = D2.g.(p - s) 18. v= kecepatan pemisahan fase D = diameter droplet fase terdispersi g= percepatan gravitasi p= densitas fase terdispersi s= densitas fase kontinu = viskositas fase kontinu Peralatan Homogeniser Tujuan Mendapatkan campuran yang seragam Mendispersikan satu bagian dlm bagian yang lain Industri: pencampuran ingredient sifat fungsional karakteristik sensorik PENCAMPURAN Berdasar bahan: * Pencampuran bahan padat * Pencampuran bahan cair Pencampuran Bahan Padat Campuran yg seragam sempurnanot possible Keseragamanwaktu (komposisi) Komposisideviasi standar om = \ 1E( x x )2 n 1 om = deviasi standar n = jumlah sampel x = konsentrasi komponen dlm tiapsampel x = konsentrasi sampel rata-rata M1 = om -o oo-o M2 = log om -log o log oo-log o M3 = om2 - o2 oo2- o2 M = indeks pencampuran o= deviasi standar sampel yg tercampur sempurna oo= deviasi standar pd awal pencampuran om = deviasi standar selama pencampuran oo = \ V1. (1 V1) V1 = fraksi volume atau massakomponen dlm campuran M1= massa komponen yg dicampur hampir sama dan/atau pada kecepatan pencampuran yg rendah M2= satu komponen dlm jumlah kecil dicampurkan dalam bahan dgn jumlah >, dan/atau kecepatan pencampuran yg tinggi M3 = pencampuran padat / cair dgn cara M1 Hubungan Indeks Pencampuran & Waktu ln M = -K. tm K = konstanta kecepatan pencampuran (tipe mixer & sifat bahan) tm = waktu pencampuran Contoh : Dalam proses penyiapan adonan, 3 kg gula dicampurkan dengan 5 kg tepung. Setelah 5, 10, dan 15 menit pencampuran, dilakukan analisis persentase gula dengan mengambil 5 sampel dengan masing-masing berat 1 g. Data hasil analisis adalah sebagai berikut: % setelah 5 menit 0,25 0,330,41 0,460,51% setelah 10 menit 0,32 0,340,40 0,410,33% setelah 15 menit 0,36 0,380,37 0,390,35 Hitung indeks pencampuran (M) untuk tiap waktu pencampuran dan hitung waktu pencampuran yang diperlukan untuk mencapai pencampuran yang sempurna! (Asumsikan bahwa pencampuran yang sempurna tercapai jika nilai deviasi standar (o) 0,01 dan nilai M 0,01. Peralatan Tumbling mixer Ribbon mixer Vertical screw mixer Mixing of yeast into dough For a particular bakery operation, it was desired to mix dough in 95 kg batches and then at a later time to blend in 5 kg of yeast. For product uniformity it is important that the yeast be well distributed and so an experiment was set up to follow the course of the mixing. It was desired to calculate the mixing index after 5 and 10 min mixing. Sample yeast compositions, expressed as the percentage of yeast in 100 g samples were found to be: After 5 min 0.016.53.22.2 12.69.60.24.60.58.5After 10 min 3.48.37.26.0 4.35.26.72.64.32.0 for how much longer should the mixing continue to reach the specified maximum sample composition variance and M of 0.01? Pencampuran Bahan Cair Tujuan: Mencampurkan dua cairan ygsaling larut Melarutkan padatan dlm cairan Mendispersikan gas dlm cairan Meningkatkan transfer panas Peralatan - Tipe Propeller - Kecepatan: 400 1750 rpm - Low viscosity -Tipe Paddle - Kecepatan : 20 200 rpm - Yg sering digunakan: two-bladed & four bladed - Total panjang impeller = 60 80% diameter tangki - Lebar blade = 1/6 1/10panjangnya - Anchor / gate paddle viscous liquid - Tipe Turbin - Multibladed paddle agitator - Kecepatan tinggi - Viskositas bervariasi - Diameter turbin = 30-60% diameter tangki Penggunaan Tenaga - Bilangan Reynold (NRe) NRe = Da2.N. Da = diameter impeller / agitator (m) N = kecepatan rotasional (rev/detik) = densitas cairan (kg/m3) = viskositas (kg/m.detik)NRe < 10laminar NRe > 100000turbulent 10 < NRe < 100000 transisional - Power Number (Np) Np = P.N3.Da5 P = tenaga (J/detik atau W) (Np diperoleh dari grafik) dihitung nilai P Densitas campuran (m) m = V1.1 + V2.2 Viskositas campuran (m) m = 1V1 . 2V2(unbaffled) m = 1 1 + 1,5. 2.V2 (baffled)V11 + 2

Contoh Minyak zaitun dan minyak rapeseed dicampurkan dengan rasio 1 : 4 menggunakan agitator propeller berdiameter 20 cm yang beroperasi pada kecepatan 750 rpm dalam tangki silinder berdiameter 1 m dan lebar baffle 10 cm. Lebar pitch sama dgn diameter propeller. Hitung tenaga motor yang diperlukan? Minyak zaitun mempunyai viskositas 0,084 N.s.m-2 & densitas 910 kg.m-3 Minyak rapeseed mempunyai viskositas 0,118 N.s.m-2 & densitas 900 kg.m-3 SEDIMENTASI : pemisahan partikel dari zat alirdengan gaya gravitasi partikelpadat, cair (tetesan) zat alircair, gas (diam, bergerak) Tipe Sedimentasi Free Settling : partikel mempunyai jarak cukup dinding wadah Dp:Dc < 1 : 200 partikel lainkonsentrasi 200.000 CD = 0,20 Hindered settling Kecepatan settling < Hk. Stoke m = p p = 1 101,82 (1 - c) m = viskositas campuran p = faktor koreksi empirik c= fraksi volume cairan dalam campuran m = c. + (1 - c) p m = densitas campuran p - m = p - [c. + (1- c). p] = c (p - ) m (p - )p - m vt= g.Dp2.(p - ).(c2.p) 18. NRe = Dp.vt.m = Dp .g. (p - ).m.c.p2 m. c18. 2 Hitung kecepatan pengendapan partikel bulat, diameter 1,554 x 10-4 m dalam air pada suhu 20C. Slurry mengandung 60% berat padatan. Densitas partikel p = 2467 kg/m3. Densitas air, = 998 kg/m3 Viskositas air, = 1,005 . 10-3 Pa.detik c =40/998= 0,622 40/998 + 60/2467 m = c. + (1 - c) p = (0,622).(998) + (1 - 0,622)(2467) = 1553 kg/m3 p =1= 1= 0,205 101,82 (1 - c) 101,82 (1 0,622) vt = (9,807)(1,554.10-4)2(2467-998)(0,6222.0,205) 18.(1,005.10-3) = 1,525.10-3 m/detik NRe = Dp.vt.m (/p) . c = (1,554.10-4).(1,525.10-3)(1553) = 0,121 (1,005.10-3/0,205).(0,622) laminar