EVAPORASI
Evaporasi dilakukan bertujuan
memisahkan komponen spesifik untuk meningkatkan nilai suatu makanan. pemisahan dicapai
dengan memanfaatkan perbedaan tekanan uap (volatilitas) dari komponen dan
menggunakan panas untuk memisahkan satu atau lebih bulk dari sebagian besar
makanan.
13.1 evaporasi
Evaporasi adalah pengangkatan sebagian air dari makanan
cair dengan cara menguapkan air. Evaporasi dapat meningkatkan kandungan padatan
dari makanan dan karenanya menjaga dengan penurunan aktivitas air. Evaporasi digunakan
untuk menaikkan konsentrasi bahan pangan (misalnya jus buah, susu, dan kopi) sebelum pengeringan, pembekuan atau
sterilisasi dan karenanya untuk mengurangi berat dan volume. Evaporasi dapat menghemat
energi pada operasi selanjutnya dan mengurangi biaya penyimpanan, transportasi
dan distribusi. Ada kenyamanan yang lebih bagi konsumen (misalnya cairan untuk
minuman buah, konsentrasi sup, tomat atau pasta bawang putih, gula) atau untuk
produsen (misalnya pektin cair, buah konsentrat yang digunakan dalam es krim
atau makanan yang dipanggang). Perubahan pada kualitas bahan pangan yang
dihasilkan dari perlakuan panas yang relatif signifikan diminimalkan oleh
desain dan operasi dari peralatan.
13.1.1 Teori
Selama evaporasi, panas yang masuk ditransfer dari stim ke bahan
makanan, untuk menaikan suhu titik didihnya. Penguapan panas laten ini kemudian
dipasok oleh stim untuk membentuk gelembung-gelembung uap, yang meninggalkan
permukaan cairan mendidih. Tingkat penguapan ditentukan oleh dua tingkat
perpindahan panas ke dalam bahan makanan dan tingkat perpindahan massa uap dari
bahan makanan. Secara skematik dapat terlihat pada gambar dibawah ini :
Faktor-faktor yang
mempengaruhi laju perpindahan panas
Faktor-faktor berikut mempengaruhi laju perpindahan panas
dan karenanya menentukan waktu pengolahan dan kualitas konsentrasi produk:
•
Perbedaan suhu antara stim dan
cairan mendidih.
Ada dua pilihan
untuk meningkatkan perbedaan suhu yakni: menaikan tekanan dan suhu uap atau dengan
mengurangi suhu cairan mendidih selam evaporasi di bawah suhu vakum parsial. Pada
evaporator vakum komersial titik didih dapat dikurangi hingga serendah 400C.
Namun, kedua metode dapat meningkatkan biaya modal peralatan karena kekuatan lebih
yang dibutuhkan dan juga biaya energi dibutuhkan selama proses.
•
Endapan pada permukaan pindah
panas.
pengotoran
permukaan evaporator mengurangi laju perpindahan panas. Pengurangan laju
perpindahan panas tergantung pada perbedaan suhu antara bahan pangan dan
permukaan pemanas dan viskositas, komposisi kimia dari bahan pangan. Contohnya
denaturasi protein atau pengendapan polisakarida karena bahan pangan terbakar pada permukaan yang
panas. Korosi logam pada diding stim peralatan evaporasi juga akan mengurangi
tingkat perpindahan panas, tetapi dapat dikurangi dengan bahan kimia atau
permukaan anti korosi.
•
Batas film.
Sebuah film larutan
stasioner pada dinding evaporator sering menjadi resisten terhadap perpindahan
panas. Ketebalan dari film batas berkurang dengan meningkatkan konveksi arus
dalam makanan atau dengan induksi turbulensi mekanis. Makanan lebih kental
dalam kontak dengan panas permukaan dalam waktu yang lebih lama dan sebagai
hasilnya dapat mengalami kerusakan akibat panas yang lebih besar.
Faktor-faktor ekonomi
yang mempengaruhi evaporasi (penguapan)
Faktor utama yang mempengaruhi keekonomisan
evaporasi adalah hilangnya konsentrat
atau kualitas produk dan konsumsi energi yang tinggi. Kerugian Produk disebabkan
oleh busa, karena protein dan karbohidrat dalam bahan pangan yang menyebabkan
pemisahan uap tidak efisien dan berkonsentrat yang terbawa keluar dari
evaporator melalui uap. Desain Sebagian besar peralatan meliputi ruang
pelepasan atau pemisah untuk meminimalkan kehilangan.
Energi dapat disimpan dengan
menggunakan kembali panas yang terkandung dalam uap yang dihasilkan dari bahan
pangan yang mendidih dengan:
•
Rekompresi uap, dimana tekanan
uap meningkat, dengan menggunakan kompresor mekanis atau sebuah jet uap tipe venturi.
Dihasilkan tekanan uap tinggi yang digunakan kembali sebagai media pemanas.
•
pemanasan awal, dimana uap yang digunakan
untuk memanaskan cairan bahan pangan yang masuk atau uap pekat yang digunakan
untuk menaikkan uap dalam pemanas.
•
penguapan efek ganda, dimana beberapa
evaporator terhubung bersama. Uap dari satu evaporator dapat digunakan langsung
sebagai media pemanas pada evaporator selanjutnya.
Namun uap hanya dapat digunakan
untuk mendidihkan cairan yang memiliki suhu mendidih yang lebih rendah. Oleh
karena itu harus memiliki tekanan semakin rendah untuk mempertahankan perbedaan
suhu antara bahan pangan dan media pemanas. Susunan yang berbeda dari
evaporator efek ganda yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
a.
Forward
•
Keuntungan :
Tidak begitu mahal,
mudah dioperasikan, tidak ada pompa bahan yang diperlukan antar proses, suhu
yang lebih rendah pada proses selanjutnya dan resiko kerusakan oleh panas lebih kecil untuk
produk yang lebih kental.
•
Kekurangan :
Mengurangi kecepatan pindah panas
pada bahan pangan sehingga menjadi lebih kental, laju penguapan turun pada
masing-masing proses, kualitas stim terbaik digunakan pada bahan pangan pertama
yang paling mudah menguap. Bahan pangan harus dimasukkan pada titik didih untuk
mencegah kerugian ekonomi (jika pasokan uap panas yang masuk kurang uap
tersedia untuk efek berikutnya).
b.
Backward :
•
Keuntungan :
Tidak ada pompa bahan
pada awalnya, stim kualitas terbaik digunakan
pada kebanyakan bahan yang sulit untuk terkonsentrat, lebih ekonomis dan laju perpindahan
panas yang berpengaruh tidak digunakan variasi suhu tergantung pada bahan dan bahan
memenuhi permukaan yang lebih panas sehingga sebagian menjadi terkonsentrasi
lebih awal dan terjadi peningkatan kelekatan.
•
Kekurangan :
diperlukan pompa
antar tahapan, risiko yang lebih tinggi terhadap kerusakan oleh panas untuk
produk kental seperti perpindahan cairan lebih lambat pada permukaan yang
sangat panas, risiko penyumbatan lebih besar.
c.
Mixed:
•
Keuntungan :
Merupakan
penggabungan antara kemudahan pada forward feed dan keekonomisan backward feed, dapat digunakan untuk bahan
pangan yang sangat kental
•
Kekurangan :
Lebih kompleks dan
mahal.
d.
Paralel :
•
Keuntungan :
Untuk memproduksi
kristal, memungkinkan kontrol lebih besar pada kristalisasi dan mencegah
kebutuhan untuk memompa kristal sluri
•
kekurangan :
Paling kompleks dan
mahal dari rata-rata, pompa ekstraksi diperlukan untuk setiap tahapan.
13.1.2 alat
Evaporator terdiri dari:
• pemindah panas yang
memindahkan panas dari stim ke bahan
• sarana pemisah uap yang dihasilkan
• stim pompa vakum injektor. Pompa mekanik membutuhkan biaya
operasi yang lebih rendah tetapi biaya modal lebih tinggi dari pompa ejektor
uap.
Pemilihan suatu evaporator harus mencakup pertimbangan
berikut:
•
Kapasitas operasi (kilogram air
yang diuapkan per jam).
•
Tingkat konsentrasi yang
diperlukan (persentase padatan kering pada produk)
•
panas sensitivitas produk dalam kaitannya
dengan waktu tinggal dan suhu penguapan
•
persyaratan fasilitas untuk
memulihkan volatil
•
kemudahan pembersihan
•
kehandalan dan kesederhanaan
operasi
•
ukuran evaporator sehubungan dengan
kapasitasnya
•
modal dan biaya operasional dalam
kaitannya dengan kapasitas dan kualitas produk
Sirkulas evaporator alami
Evaporator tabung pendek :
Larutan bahan
dipanaskan dengan stim kondensasi
pada bagian luar tabung dan naik melalui tabung, mendidih
dan tersirkulasi melalui pipa
bagian atas kolom pusat. Perpindahan panas eksternal evaporator adalah
penukar panas tabung dan pelat yang dilengkapi dengan pipa
eksternal untuk resirkulasi produk. Hal ini meningkatkan arus konveksi dan tingkat perpindahan panas. Pelat mudah untuk dibersihkan.
Evaporator tabung panjang :
Terdiri dari seikat
vertikal tabung, masing-masing berdiameter 5 cm, yang terkandung dalam
dinding stim setinggi 3-15m. Cairan dipanaskan
hampir ke titik didih sebelum memasuki evaporator kemudian lebih
lanjut dipanaskan lebih lanjut di
dalam tabung. Perluasan stim memaksa film tipis
cepat berkonsentrat menjadi larutan
naik ke dinding tabung.
Konsentrat dipisahkan dari uap dan dihapus dari evaporator, diteruskan ke efek berikutnya dalam sistem
multipel-efek atau diresirkulasikan kembali. Uap ini kembali digunakan dalam sistem rekompresi uap.seperti terlihat
pada gambar di bawah ini :
Sirkulasi evaporator
buatan
Perakitan pompa
atau pemindah Cairan biasanya dalam lapisan tipis dengan demikian
dapat mempertahankan kecepatan transfer
panas tinggi dan waktu tinggal yang pendek. Alat yang
yang digunakan lebih kompleks dan laju produksi lebih
tinggi tetapi meningkatkan modal
dan biaya operasi dari peralatan.
Plat evaporator serupa konstruksinya untuk penukar
panas yang digunakan untuk pasteurisasi dan sterilisasi UHT. Campuran uap dan
konsentrat dipisahkan di luar evaporator. Meskipun investasi modalnya tinggi,
evaporator jenis ini memiliki tingkat perpindahan panas yang tinggi, waktu
tinggal pendek dan efisiensi energi yang tinggi.
Pengaduk mekanik film tipis evaporator
Ditandai dengan perbedaan
ketebalan film bhan
yang akan diproses. Penyapu-film
evaporator memiliki ketebalan film sekitar 0.25mm
sedangkan dalam perggores-film evaporator diatas 1.25mm.
Keduanya berisi jaket stim yang mengelilingi rotor
kecepatan tinggi, dilengkapi dengan
pisau pendek sesuai
dengan panjangnya. Larutan bahan dimasukkan antara rotor dan permukaan panas dan penguapan berlangsung
cepat pada film tipis
larutan menyapu seluruh mesin dengan baling-baling. Pisau menjaga film
keras pengaduk dan
dengan demikian menaikkan tingginya tingkat perpindahan panas dan mencegah produk dari pembakaran di
atas permukaan panas. Gambar alatnya seperti dibawah ini
:
13.2 Efek pada bahan
pangan
Aroma senyawa
lebih stabil dari pada air yang hilang selama penguapan. Pengurangan
karakteristik sensorik konsentrat
paling banyak, dalam jus buah ini menyebabkan hilangnya
rasa, meskipun dalam beberapa makanan hilangnya komponen volatil dapat meningkatkan kualitas produk (misalnya dalam kakao dan susu). Beberapa
volatil dapat pulih
dan dipertahankan dalam produk
melalui :
·
pemulihan yang
mudah menguap dengan uap kondensasi dan distilasi fraksional
·
pengecilan komponen
volatil dari larutan bahan dengan
gas inert dan menambahkan kembali
setelah evaporasi.
Evaporasi dapat
menggelapkan warna bahan pangan,
sebagian karena peningkatan konsentrasi
padatan, dapat juga karena penurunan aktivitas air mendorong perubahan kimia, misalnya
reaksi pencoklatan maillard. Vitamin
A dan D dan niasin
tidak akan terpengaruh. Vitamin tambahan
hilang selama penyimpanan misalnya 50%
hilangnya vitamin C dalam selai jeruk selama 12 bulan pada suhu 180C dan kehilangan
10% dari thiamin selama
24 bulan dalam selai kacang pada
suhu 180C
