Rekayasa Pangan

7/23/2019 Rekayasa Pangan

1/17

TUGAS TERSTRUKTUR

REKAYASA PANGAN LANJUT

Dosen : DR. Ir. Sudarminto SY, M.App. Sc.

Judul : Separation and Concentration of Food Components

Ebook : Food processing technologyPrinciples and practice

second edition

Oleh :

Suburi Rahman

(116100100111004)

PROGRAM PASCASARJANA TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2012


2/17

Pemisahan dan Konsentrasi Komponen Makanan

Pendahuluan

Metode pemisahan digunakan untuk memisahkan komponen yang tidak

diinginkan dari bahan makanan dan untuk mengubah atau memperbaiki sifat-sifat

sensori dari produk yang dihasilkan. Penggunaan peralatan pemisahan sedikit

berdampak pada nilai gizi dan kualitas bahan pangan. Metode pemisahan yang

digunakan untuk makanan dapat dilakukan dengan pemisahan berdasarkan

ukuran, warna atau bentuk, proses pembersihan untuk kontaminasi makanan dan

proses penguapan atau dengan dehidrasi untuk menghilangkan air dari bahan

makanan.

Proses menghilangkan komponen fisik bahan makanan dapat dilakukan

dengan metode ekstraksi atau pengukuran konsentrasi bahan pangan. Metode lain

untuk pemisahan komponen makanan meliputi analisa saringan, kristalisasi dan

destilasi. Ada tiga kategori utama yang dapat dilakukan dalam pemisahan bahan

makanan, diantaranya:

1. Pemisahan cairan dan padatan dari bubur, pasta, partikulat atau tepung,

di mana salah satu atau kedua komponen mungkin memiliki manfaat

(sebagai contoh jus, pektin, enzim, minyak goreng, krim dan kopi).

2. Pemisahan dalam jumlah kecil (kurang dari 2%) padatan dari cairan.

Proses pemurnian air atau klarifikasi cairan seperti anggur, bir, jus, dll

dan padatan tidak berharga.

3. Ekstraksi sejumlah kecil bahan berharga menggunakan pelarut.

Sentrifugasi

Ada dua aplikasi utama sentrifugasi yaitu pemisahan cairan tidak saling

larut dan pemisahan padatan dari cairan. Gaya sentrifugal dihasilkan ketika bahan

diputar; ukuran gaya tergantung pada radius dan kecepatan rotasi dan kepadatan

bahan yang disentrifugasi. Dalam pemisahan cairan tidak saling larut, cairan yang

lebih padat bergerak pada dinding mangkuk dan cairan ringan dipindahkan ke

dalam anulus. Ketebalan lapisan ditentukan oleh kerapatan cairan, perbedaan

tekanan di seluruh lapisan dan kecepatan rotasi. Sebuah daerah batas antara cairan


3/17

dengan kecepatan sentrifugasi diberikan membentuk di radius rn dimana tekanan

hidrostatik dari dua lapisan adalah sama. Hal ini dapat ditentukan dengan:

dimana (kg m_3) = density dan r (m) = radius. Subskrip A dan B mengacu

pada lapisan cair padat dan cahaya masing-masing. Jika tujuannya untuk

menghilangkan cairan ringan dari massa cairan yang lebih berat (misalnya pada

pemisahan krim dari susu), waktu tinggal di lapisan luar melebihi yang terjadi

pada lapisan bagian dalam. Hal ini dicapai dengan menggunakan radius lebih

kecil dari lapisan luar dan mengurangi radius zona netral. Sebaliknya, jika cairan

padat harus dipisahkan dari massa cairan ringan (misalnya penghilangan air dari

minyak), jari-jari dari lapisan luar (zona netral) meningkat.

Ketika partikel dikeluarkan dari cairan dalam klarifikasi sentrifugal,

partikel-partikel akan pindah ke dinding wadah dibawah gaya sentrifugal. Jika

aliran cairan efisien, laju gerakan ditentukan oleh kepadatan partikel, viskositas

cairan dan kecepatan rotasi. Pemisahan dalam kondisi aliran turbulen

digambarkan sebagai berikut:

dimana ( 2N/60) = kecepatan sudut, Q (m3 s_1) = laju aliran volumetrik, V

(m3) = operasi volume sentrifus,D (m) = diameter partikel, s (kg m_3) =

densitas partikel, (kg m_3

) = densitas liquid, (N s m_2

) = viskositas liquid, r2

(m) = radius sentrifugasi wadah, r1 (m) = radius liquid,N (rev s_1) = kecepatan

putaran. Untuk diameter partikel tertentu, waktu tinggal rata-rata suspensi sama

dengan waktu yang dibutuhkan oleh sebuah partikel untuk bergerak melalui cairan

ke dinding centrifuge.

dimana t (s) = waktu tinggal. Laju aliran dapat disesuaikan untuk

mempertahankan rentang tertentu ukuran partikel.


4/17

Mesin sentrifugal diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yakni:

1. Pemisahan cairan tidak saling larut

2.

Klarifikasi cairan dengan penghilangan sejumlah kecil padatan

(clarifiers sentrifugal)

3. Penghilangan padatan (penyedotan atau dewatering sentrifugal)

Gambar 1. Disc bowl sentrifugasi

Sentrifugasi Cair-cair

Jenis paling sederhana dari peralatan sentrifugasi adalah wadah tabung.

Peralatan ini terdiri dari silinder vertikal (wadah), biasanya dengan diameter 0,1 m

dan panjang 0,75 m, yang berputar di dalam selubung stasioner di antara 15000

rev min -1dan 50000 rev min -1yang tergantung pada diameter. Pemisahan yang

lebih baik diperoleh dengan cairan lapisan tipis terbentuk di piringan wadah

centrifuge.

Sentrifugal clarifiersCentrifuge padat-cair sederhana adalah wadah padat clarifier, yang

merupakan wadah silinder berputar, dengan diameter 0,6-1,0 m. Cairan, dengan

komposisi padatan maksimum 3% b/b, dimasukkan ke dalam mangkuk dan

padatan membentuk sebuah dinding cawan. Saat telah mencapai ketebalan yang

telah ditentukan, wadah dikeringkan dan bahan akan terhapus secara otomatis

melalui lubang di dasar. Feed yang berisi konten padatan yang lebih tinggi

dipisahkan menggunakan nozzle sentrifugal atau katup pembuangan sentrifugal.


5/17

Ini mirip dengan jenis wadah disk, tetapi memiliki bentuk cawan biconical.

Clarifiers Sentrifugal digunakan untuk pemisahan minyak, jus, bir dan pati dan

untuk memulihkan sel ragi.

Penyedotan, dekantisasi atau dewatering sentrifugasi

Pakan dengan isi padatan tinggi dapat dipisahkan menggunakan

penyedotan sentrifus, wadah konveyor, konveyor layar, sentrifugasi keranjang dan

sentrifus konveyor terbalik. Dalam wadah centrifuge konveyor wadah padat

berputar hingga 25 rev min-1 lebih cepat dari konveyor sekrup. Centrifuge

konveyor layar memiliki desain yang mirip tapi wadahnya berlubang untuk

menghapus fraksi cair. Centrifuge conveyor terbalik digunakan untuk

memisahkan padatan rapuh (sebagai contoh kristal dari minuman keras).

Centrifuge keranjang memiliki keranjang logam berlubang dilapisi dengan media

penyaringan,

berputar hingga 2000 rev min-1 dalam siklus yang dikontrol secara otomatis

selama 5-30 menit, tergantung pada bahan pakan. Kapasitas sentrifus dewatering

mencapai 90 000 l h-1 dan digunakan untuk memulihkan protein hewani dan

nabati, untuk pemisahan kopi, bubur kakao dan teh, dan untuk desludge minyak.

Gambar 2. Conveyor Bowl Sentrifugasi

Filtrasi/Penyaringan

Filtrasi adalah penghilangan padatan yang tidak larut dari suspensi dengan

melewatkannya melalui bahan berpori. Cairan yang dihasilkan disebut filtrat dan

padatan yang dipisahkan disebut hasil filtrasi. Filtrasi digunakan untuk


6/17

menjernihkan cairan dengan penghilangan sejumlah kecil partikel padat (antara

lain anggur, bir, minyak dan sirup).

Ketika sebuah suspensi partikel dilewatkan melalui filter, partikel pertama

akan terjebak dalam media filter dan akan mengurangi area di mana cairan dapat

mengalir. Hal ini meningkatkan resistensi terhadap aliran fluida dan perbedaan

tekanan yang lebih tinggi diperlukan untuk mempertahankan laju aliran filtrat.

Laju filtrasi dinyatakan sebagai berikut:

kekuatan pendorong (perbedaan tekanan di filter)

Laju filtrasi =

resistensi terhadap aliran

Dengan asumsi bahwa hasil penyaringan tidak menjadi dikompresi, resistensi

terhadap aliran melalui saringan ditemukan menggunakan:

dimana R (m_2) = resistensi terhadap aliran melalui saringan, (N s m_2) =

viskositas cairan, r (m_2) = spesifik hambatan dari filter cake, V (m_2) = volume

filtrat, Vc = volume pecahan kue filter pada volume cairan pakan, V, A ( m2) =

daerah saringan dan L = setara ketebalan saringan danlapisan cake awal. Untuk filtrasi laju konstan, laju aliran melalui saringan

ditentukan menggunakan:

dimanaQ (V/t) (m3s_1) = laju alir dari filtrat, P(Pa) = perbedaan tekanan, t (s) =

waktu filtrasi. Persamaan ini digunakan untuk menghitung penurunan tekanan

yang diperlukan untuk mencapai tingkat aliran yang diinginkan atau untuk

memprediksi kinerja filter skala besar berdasarkan data dari studi skala pilot.

Dalam filtrasi tekanan konstan, laju aliran secara bertahap menurun

sebagai resistensi terhadap aliran, disebabkan oleh akumulasi dan meningkatnya

cake. Persamaan untuk P konstan:


7/17

jika t / (V / A) diplot terhadap V / A, garis lurus diperoleh. Kemiringan dan

mencegat digunakan untuk mengetahui ketahanan khusus cake dan ketebalan cake

setara dengan media filter:

jika cake filter kompresibel (yaitu perubahan resistensi khusus dengan terapan

tekanan) r istilah yang diubah sebagai berikut:

dimana rIadalah resistansi spesifik dari cake di bawah perbedaan tekanan 101 x

103Pa dan s = kompresibilitas cake.

Penyaring Tekanan

Dua tekanan saringan yang sering digunakan adalah pelat batch dan frame

filter press dan filter tekanan shell dan daun. Dalam desain pelat dan frame, kain

atau kertas filter yang didukung pada pelat vertikal. Minuman keras dipompa ke

media dan melewati cairan melalui kain filter dan arus dibawah permukaan

beralur pada pelat untuk menguras melalui saluran outlet di dasar piring masing-

masing. Sebuah lapisan cake terbentuk pada kain sampai ruang antara pelat yang

diisi. Dalam operasinya, tekanan akan meningkat ke nilai yang telah ditentukan

dan kemudian kembali pelat setelah dibilas dengan air. Hal ini banyak digunakan

untuk produksi jus apel dan cider.

Penyaring Vacum

Dua tipe umum dari penyaring vakum adalah penyaring drum berputar dan

penyaring disk berputar. Penyaring drum berputar terdiri dari sebuah silinder

horizontal yang memiliki permukaan yang terbagi menjadi serangkaian

kompartemen dangkal, masing-masing ditutupi dengan kain penyaring dan

dihubungkan ke sentral pompa vakum. Sebagaimana drum berputar, dips bergerak

ke dalam bak minuman keras dan arus filtrat melalui saringan dan keluar melalui

saluran dalam drum. Ketika meninggalkan kompartemen bak, endapan saringan

tersedot bebas dari minuman keras, dibilas dengan semprotan dan secara vakum.

Kompresi udara ditiup dari bawah kain untuk melonggarkan cake yang dihapus

oleh pengeruk sebelum restart kompartemen siklus individu. Penyaring vakum

disk berputar terdiri dari serangkaian cakram vertikal yang berputar perlahan


8/17

dalam bak minuman keras dengan siklus mirip dengan penyaring drum. Setiap

disk dibagi menjadi bagian-bagian yang memiliki outlet untuk poros pusat.

Gambar 3. Plat dan kerangka penyaring tekanan

Gambar 4. Saringan drum berputar

Pengepresan

Aplikasi utama dari pengepresan adalah dalam ekstraksi komponen bahan

tanaman baik untuk konsumsi langsung (misalnya untuk jus buah) atau untuk

digunakan dalam pengolahan selanjutnya (contohnya gula, jus anggur untuk wine

dan minyak nabati).

Batch presess

Jenis-jenis peralatan untuk pengepresan jus atau minyak adalah tangki

bertekanana dan cage press. Tangki bertekanan digunakan untuk produksi jus


9/17

buah dan terdiri dari sebuah silinder horizontal yang dibagi secara internal oleh

membran. Selama siklus tekanan dikendalikan secara otomatis selama 1,5 jam,

bubur buah dimasukkan ke salah satu sisi membran dan tekanan udara diberikan

ke sisi yang berlawanan. Aliran jus keluar melalui saluran setelah proses tenanan

selesai, kemudian tangki diputar untuk mengeluarkan residu hasil tekanan. Untuk

hasil yang baik, pemberian tekanan dilakukan secara perlahan mulai dari 3600 kg

hingga 25.000 kg.

Tekanan secara terus-menerus

Ada beberapa jenis tekanan terus menerus yang digunakan secara

komersial yakni tekanan sabuk untuk pengolahan buah, pemeras sekrup untuk

pengolahan buah-buahan dan ekstraksi minyak (digunakan untuk ekstrusi dan

tekanan rol untuk pengolahan gula tebu). Penekan Belt terdiri dari sabuk

kontinyu, terbuat dari material kanvas-plastik komposit yang dilewatkan di bawah

tegangan atas dua silinder besi hollow steel, salah satunya berlubang. Alat ini

digunakan untuk pengolahan bubur buah, dimana bubur buah dimasukkan ke

bagian dalam sabuk dan ditekan antara sabuk dan silinder berlubang. Alat sekrup

pemeras terdiri dari tong horisontal terbuat dari stainless steel heliks.

Gambar 5. Alat Pengepres Sekrup untuk pengepresan minyak

Ekstraksi menggunakan pelarut

Ekstraksi merupakan suatu unit operasi yang melibatkan pemisahan

komponen tertentu dari makanan yang penting dalam beberapa aplikasi, termasuk

produksi dari:


10/17

Minyak goreng atau minyak khusus dari kacang-kacangan dan biji-bijian

Rasa dan minyak esensial (misalnya lada hitam, kapulaga, cengkeh, jahe,

vanili, kopi, gula)

Penghilangan kafein dari kopi dan teh.

Setelah pelarut telah dihilangkan dari makanan yang diekstrak, beberapa

dapat digunakan secara langsung (misalnya untuk minyak goreng) atau dapat

diproses lebih lanjut oleh konsentrasi atau dehidrasi. Operasi ekstraksi dilakukan

pada suhu rendah, dapat pula pada suhu yang tinggi untuk meningkatkan tingkat

ekstraksi. Jenis utama dari pelarut yang digunakan untuk ekstraksi adalah air,

pelarut organik atau karbon dioksida superkritis.

Ekstraksi padat-cair merupakan proses menghilangkan komponen yang

diinginkan (solut) dari makanan menggunakan cairan (pelarut) yang mampu

melarutkan zat terlarut. Proses ini melibatkan pencampuran makanan dan pelarut

secara bersamaan, baik dalam satu tahap atau dalam beberapa tahapan dalam

waktu yang telah ditentukan. Selama proses ekstraksi terjadi perpindahan massa

zat terlarut dari bahan makanan ke pelarut yang terjadi dalam tiga tahap:

1.

zat terlarut larut dalam pelarut

2.

larutan bergerak melalui partikel makanan ke permukaannya

3. larutan terdispersi dalam sebagian besar pelarut.

Selama ekstraksi, waktu holding harus cukup untuk pelarut melarutkan zat

terlarut dan untuk perubahan komposisi mendekati kesetimbangan. Waktu yang

dibutuhkan tergantung pada kelarutan suatu solut dalam pelarut tertentu dipilih

dan juga pada faktor-faktor berikut:

Suhu ekstraksi. Suhu yang lebih tinggi baik untuk meningkatkan tingkat

kecepatan zat terlarut untuk larut dalam pelarut dan tingkat difusi ke dalam

sebagian besar pelarut.

Luas permukaan padatan yang terkena pelarut. Laju perpindahan massa

secara langsung sebanding dengan luas permukaan, sehingga pengurangan

ukuran partikel meningkatkan tingkat ekstraksi hingga batas tertentu.

Viskositas dari pelarut. viskositas harus cukup rendah untuk

memungkinkan pelarut untuk menembus partikel padat secara mudah.


11/17

Kecepatan aliran pelarut. Debit yang lebih tinggi mengurangi lapisan batas

konsentrasi zat terlarut pada permukaan partikel dan dengan demikian

meningkatkan tingkat ekstraksi.

Solvent

Ekstraksi menggunakan air memiliki keuntungan karena rendah biaya dan

aman digunakan untuk mengekstrak gula, kopi dan teh. Minyak dan lemak

membutuhkan pelarut organik yang mudah terbakar, diperlukan kehati-hatian

dalam prosesnya untuk memastikan peralatan yang digunakan aman.

Karbon dioksida superkritis aplikasinya semakin luas untuk

menghilangkan kafein dari kopi atau teh dan untuk memproduksi ekstrak hop

dalam pembuatan bir. pemanfaatannya juga telah digunakan untuk mengekstrak

buah-buahan dan rempah-rempah (termasuk merica, marjoram, pala, kapulaga,

cengkeh dan jahe), serta ekstraksi minyak dari jeruk dan berbagai kacang-

kacangan dan biji-bijian. Daerah superkritis untuk karbon dioksida adalah ketika

berada di atas garis tekanan kritis dan ke kanan dari garis suhu kritis

(31 C).

Komponen penting adalah wadah ekstraksi, wadah pemisahan, kondensor

dan pompa. Dalam ekstraksi CO2 superkritis, CO2 disimpan sebagai cairan

mendekati daerah kritis dalam kondensor dan kemudian dipompa ke pembuluh

ekstraksi melalui penukar panas oleh pompa tekanan tinggi. Bahan yang akan

diekstrak dibersihkan dengan gas CO2untuk menghilangkan udara dan kemudian

CO2 cair dipompa pada tingkat yang memungkinkan waktu tinggal yang cukup

untuk kondisi pembentukan kondisi kesetimbangan. Larutan tersebut kemudian

diteruskan ke wadah pemisahan yang kondisi disesuaikan untuk meminimalkan

kelarutan komponen yang diekstraksi. CO2kemudian dikembalikan ke kondensordan didinginkan untuk digunakan kembali dan ekstrak akan dihilangkan dari

wadah pemisahan.

Ekstraksi satu tahap

Alat ini terdiri dari tangki tertutup, dilengkapi dengan basis mesh untuk

mendukung partikel padat dari makanan. pelarut akan merembes setelah

dipanaskan dan turun melalui partikel dan dikumpulkan di bawah dasar mesh,


12/17

dengan atau tanpa resirkulasi. Alat ini digunakan untuk mengekstrak minyak atau

untuk menghasilkan kopi atau ekstrak teh.

Ekstraksi dua tahap

Terdiri dari serangkaian tangki dan mencapai 15 tangki, masing-masing

mirip dengan ekstraksi satu tahap, dihubungkan secara bersama sehingga pelarut

muncul dari pangkal pompa satu tahap secara seri. Alat ini digunakan untuk

menghasilkan ekstrak minyak, teh dan kopi dan untuk mengekstrak gula dari bit.

Ekstraksi secara kontinyu

Ada sejumlah besar desain dari ekstraktor, masing-masing dapat

beroperasi secara manual atau otomatis. Satu desain tangki tertutup yang berisi

dua ember elevator vertikal yang terbuat dari ember berlubang dan dihubungkan

untuk membentuk sebuah cincin terus menerus. Bahan segar dimuat ke dalam

ember dan pelarut dipompa di di bagian atas untuk mengekstrak zat terlarut secara

bersamaan. Alat ini digunakan untuk mengekstrak minyak, kopi, gula bit, dan

dalam penyusunan isolat protein.

Gambar 6. Alat ekstraksi CO2

Konsentrasi Membran (hiperfiltrasi dan ultrafiltrasi)

Reverse osmosis (RO) (atau 'hiperfiltrasi') dan ultrafiltrasi (UF) adalah

unit operasi di mana air dan beberapa zat terlarut dalam suatu larutan secara

selektif dihilangkan melalui membran semi-permeabel. Reverse osmosis

digunakan untuk memisahkan air dari molekul rendah atau berat zat terlarut

(misalnya untuk garam, monosakarida dan senyawa aroma), yang memiliki


13/17

tekanan osmotik yang tinggi. Reverse osmosis dalam produk pangan digunakan

dalam pembuatan keju dan ice cream secara komersial, selain itu reverse osmosis

juga digunakan dalam:

konsentrat dan pemurnian jus buah-buahan, enzim, fermentasi minuman

keras dan minyak nabati

konsentrat pati gandum, asam sitrat, putih telur, susu, kopi, sirup, alami

ekstrak dan rasa

untuk menjernihkan anggur dan bir

untuk demineralise dan memurnikan air dari sumur bor atau sungai atau

desalinasi air laut

Dalam aplikasinya, ion monovalen dan polivalen, partikel, bakteri dan bahan

organik dengan berat molekul lebih besar dari 300 semuanya dihilangkan hingga

99,9% untuk proses pemurnian air dalam pembuatan minuman dan aplikasi

lainnya. Aplikasi lain adalah 'dealcoholisation' untuk menghasilkan bir rendah

alkohol, cider dan anggur, dan pemulihan protein atau padatan lainnya dari residu

destilasi, pengenceran jus, air limbah dari penggilingan jagung atau proses

pemurnian air. Keuntungan konsentrasi membran dengan penguapan adalah:

makanan tidak mengalami pemanasan sehingga menjaga kualitas dan nilai

gizi makanan

berbeda dengan proses perebusan, konsentrasi membran tidak melibatkan

perubahan fasa dan penggunaan energi yang lebih efisien

mudah dilakukan, tenaga kerja dan biaya operasi lebih sedikit

tidak memerlukan keahlian khusus

Kekurangan konsentrasi membran adalah:

variasi dalam laju aliran produk saat perubahan terjadi pada konsentrasi

pakan minuman keras

konsentrasi maksimum 30%untuk total padatan

fouling membran (pengendapan polimer), mengurangi waktu

pengoperasian antara pembersihan membran.

Berbagai jenis membran menolak zat terlarut dengan rentang tertentu dari

berat molekul. Berat molekul cutoff poin digunakan untuk mengkarakterisasi

membran. Untuk membran reverse osmosis, cutoff poin berkisar dari berat


14/17

molekul 100 Da pada 4000-7000 103Pa sampai 500 x Da pada 2500-4000 x 103

Pa. Nanofiltrasi panjang (NF) (atau 'reverse osmosis longgar') digunakan ketika

membran menghilangkan bahan yang memiliki berat molekul dalam urutan 300-

1000 Da. NF mampu menghapus ion yang berkontribusi signifikan terhadap

tekanan osmotik dan dengan demikian memungkinkan operasi pada tekanan yang

lebih rendah dari yang dibutuhkan untuk RO.

Membran UF memiliki porositas yang lebih tinggi dan hanya

mempertahankan molekul besar (contoh protein atau koloid) yang memiliki

tekanan osmotik yang lebih rendah. Zat terlarut yang lebih kecil diangkut

melintasi membran dengan air. Ultrafiltrasi beroperasi pada tekanan rendah (50-

1000 x 103 Pa). Aplikasi komersial yang paling umum dari ultrafiltrasi adalah

dalam industri susu untuk mengkonsentrasi susu sebelum pembuatan produk susu,

untuk mengkonsentrasi whey untuk padatan 20% atau untuk menghilangkan

laktosa dan garam.

Mikrofiltrasi (MF) mirip dengan UF dalam penggunaan tekanan rendah

dari RO, tetapi dibedakan dengan rentang yang lebih besar dalam ukuran partikel

yang dipisahkan (0.012 m). Sedangkan UF digunakan untuk makromolekul

terpisah, MF memisahkan partikel terdispersi seperti koloid, tetesan lemak atau

sel.

Pertukaran ion dan elektrodialisis adalah metode pemisahan kedua untuk

menghilangkan ion bermuatan listrik dan molekul dari cairan. Dalam pertukaran

ion, zat terlarut seperti ion logam, protein, asam amino dan gula ditransfer dari

bahan pakan dan disimpan pada bahan pertukaran ion padat dengan proses

adsorpsi elektrostatik (yaitu daya tarik antara muatan pada zat terlarut dan muatan

yang berlawanan pada penukar ion). Proses pemisahan dilakukan denganpencucian dari ion-exchanger. Ion-exchanger adalah salah satu penukar kation

(memiliki muatan negatif tetap) atau penukar anion (memiliki muatan positif

tetap) yang dibuat dengan menggunakan matriks berpori terbuat dari

poliakrilamida, polistiren, dextran atau silika. Aplikasi dalam pengolahan

makanan meliputi tahapan berupa penghilangan warna dari sirup gula, pemulihan

protein dari dadih atau darah, pelunakan air dan dimineralisation dan pemisahan

bahan berharga seperti pemurnian enzim.


15/17

Elektrodialisis (ED) digunakan untuk elektrolit terpisah dari non-elektrolit

dan untuk pertukaran ion antara solusi. Sebuah arus searah dilewatkan melalui

larutan dan ion atau molekul bermigrasi akibat muatan listrik terhadap sebuah

anoda atau katoda. Pemisahan ini didasarkan pada ion membran selektif (lembar

kation dan anion penukar bahan) yang bertindak sebagai hambatan baik anion

atau kation. Aplikasi ED digunakan dalam pakan bayi, minuman, saus salad,

pelapis kembang gula, campuran es krim dan roti. Selain itu, digunakan untuk

menghilangkan asam tartrat dari kalium dan anggur untuk mencegah

pembentukan endapan, untuk menghilangkan garam air asin dan acar untuk

pengasaman.

Pervaporasi adalah teknik pemisahan membran, di mana campuran pakan

cair dipisahkan dengan penguapan parsial melalui membran non-porous,

permeabel selektif. Ada dua jenis membran, yang digunakan dalam dua aplikasi

yang berbeda: polimer hidrofilik (misalnya poli (vinil alkohol) atau selulosa

asetat) secara istimewa memungkinkan permeasi air, sedangkan polimer

hidrofobik (misalnya poli (dimethylsiloxane) atau poli (trimethylsilylpropyne))

secara istimewa memungkinkan perembesan bahan organik. Vacuum pervaporasi

pada suhu kamar menggunakan membran hidrofilik digunakan untuk dealcoholise

anggur dan bir, sedangkan membran hidrofobik digunakan untuk senyawa aroma

yang berkonsentrasi, seperti alkohol, aldehid dan ester. Laju aliran cairan

ditentukan oleh kelarutan dan difusivitas dari molekul dalam bahan membran,

dengan perbedaan antara tekanan osmotik cairan dan tekanan yang diberikan.

Perbedaan tekanan dalam membran (tekanan trans-membran) ditentukan

menggunakan:

dimanaP (Pa) = tekanan trans-membran,Pf (Pa) = tekanan feed (inlet),Pr (Pa) =

tekanan dari retentate (outlet) (fraksi berat molekul tinggi) danPp (Pa) = tekanan

permeat (fraksi berat molekul rendah). Peningkatan fluks air dengan peningkatan

tekanan diterapkan, peningkatan permeabilitas membran dan konsentrasi zat

terlarut lebih rendah dalam aliran umpan. Hal ini dihitung menggunakan:


16/17

dimanaJ (kg h_1) = fluks,K (kg m

_2h _1Pa_1) = Koefisien perpindahan massa, A

(m2) = daerah membran, P (Pa) = tekanan yang digunakan, (Pa) =

perubahan tekanan osmotik. Tekanan osmotik untuk larutan encer ditentukan

menggunakan:

=MRT

dimana T (K) = (K = C + 273) = temperatur absolut, R (Pa m_3mol_1K_1) =

konstanta gas universal,M (mol m_3) = konsentrasi molar dan (Pa) = tekanan

osmotik.

Faktor penting dalam menentukan kinerja membran adalah ketebalan,

komposisi kimia dan struktur molekul. Pori-pori membran ultrafiltrasi yang jauh

lebih besar (0,01-100 m), dan air dan zat terlarut kecil arus melalui aliran bawah

membran hidrolik. Zat terlarut yang lebih besar menjadi terkonsentrasi pada

permukaan membran. Tingkat penolakan untuk membran UF adalah 95-100%

dari tinggi zat terlarut dan berat molekul 0-10% dari berat molekul zat terlarut

rendah. Pengontrolan Fluks akibat pemberian tekanan, dan konsentrasi zat terlarut

dalam sebagian besar cairan dan pada permukaan membran ditentukan dengan:

dimana c1 = konsentrasi zat terlarut pada membran dan c2 = konsentrasi zat

terlarut dalam cairan. Faktor lain yang mempengaruhi fluks termasuk kecepatan

cair, viskositas dan suhu. Tingkat aliran tinggi diperlukan untuk mengurangi

pembentukan lapisan polimer gel pada membran. Dalam metode batch cairan

diresirkulasi sampai konsentrasi yang diinginkan tercapai, sedangkan pada proses

kontinyu ditetapkan suatu kesetimbangan, di mana tingkat pakan sama dengan

jumlah dari laju alir permeat dan berkonsentrasi. Rasio jumlah ini menentukan

tingkat konsentrasi yang dicapai.

Struktur molekul membran osmosis terbalik adalah faktor utama yang

mengontrol laju difusi zat terlarut. Membran Ultrathin (tebal 0,05-0,1 m) dibuat

dari selulosa asetat, ester selulosa campuran (propionatebutyrate asetat),

poliakrilonitril, poliamida atau poliuretan. Membran Loeb adalah membran

heterogen yang terdiri dari lapisan membran tipis (tebal ester selulosa 0,1 m)

pada tebal lapisan (5-10 mm) dari bahan pendukung berpori. Namun, bahan ini


17/17

terbatas pada operasi suhu di bawah 30 C dan kisaran pH 3-6, dan diikuti oleh

bahan yang lebih baru yang dibuat dari poliamida dan polysulphones dan

membran anorganik yang terbuat dari bahan sintered atau keramik. Alat ini

mampu menahan suhu yang lebih tinggi (80 C) dan kisaran pH yang lebih luas

(pH 3-11).

Syarat utama dari membran ultrafiltrasi adalah kemampuannya untuk

membentuk dan mempertahankan struktur mikro selama pembuatan dan operasi.

Bahan yang digunakan adalah keramik keras atau polimer kaca yang lebih tebal

dari membran osmosis terbalik (0,1 - 0,5 m). Membran MF memiliki kesamaan

dengan membran UF, memiliki dua bagian: bahan pendukung berpori dan lapisan

mikro di permukaan. Bahan-bahan pendukung berpori yang dihasilkan dari bahan

sintered seperti alumina, baja karbon, stainless dan nikel, dan memiliki diameter

pori 10 m atau lebih untuk proses penyerapan dan pengeringan. Semua jenis

membran harus didukung untuk menahan tekanan tinggi dan membran ditambah

bahan pendukung ini disebut modul. Kriteria Desain untuk modul harus

mencakup:

penyediaan area permukaan besar dalam volume padat

konfigurasi membran untuk memungkinkan kesesuaian turbulensi,

kerugian tekanan, laju aliran dan kebutuhan energi.

aksesibilitas yang mudah untuk pembersihan dan penggantian membran

Gambar 7. Membran katrid spiral: (a) komponen (b) skema diagram alir

Rekayasa Pangan

Documents

Transcript of Rekayasa Pangan