Cold Storage ialah yang sering digunakan dalam penyimpanan bahan** hasil pertanian dan industri .
Dalam mendinginkan suhu suatu bahan/produk maka aktivitas Engine/Microba yang ada di dalamnnya berkurang. Sehingga kerusakan, penurunan mutu dapat di hambat.
· Sistem Cold Storage
Dalam pembangunan Cold Storage, mempunyai beberapa beban, antara lain :
1. Beban mati,
2. Beban hidup,
3. Beban gempa,
4. Beban angin, Dan
5. Beban akibat perubahan suhu .
Beban perubahan suhu merupakan beban yang tidak di miliki bangunan lain. Karena di dalam bangunan Cold Storagesuhunya sampai -250C sedangkansuhu di luarruangan +360C, perbedaansuhu yang ekstriminilah yang mengakibatkanbeberapabagianbangunanCold Storageberbedadenganbangunanpadaumumnya.
Penyimpananprodukdalamruangan di pengaruhioleh:
1. Debit aliran udara
2. Tumpukan produk
3. Ventilasi antar katak
4. Suhu daratan rendah
· PROSES PEMBEKUAN PADA COLD STORAGE
Pembekuan berarti mengubah kandungan cairan tersebut menjadi es. Ikan mulai membeku pada suhu antara -0,60C sampai -20C, atau rata-rata pada -10C. Free water membeku terlebih dahulu kemudian disusul oleh bound water .
Proses tersebut terbagi atas 3 tahapan yaitu:
1. Tahap pertama suhu menurun dengan cepat sampai 00C yaitu titik beku air.
Proses tersebut terbagi atas 3 tahapan yaitu:
1. Tahap pertama suhu menurun dengan cepat sampai 00C yaitu titik beku air.
2. Tahap kedua suhu turun perlahan-lahan untuk merubah air menjad kristal-kristal
es.Tahap ini sering disebut periode ”thermal arrest”.
3. Tahap ketiga suhu kembali turun dengan cepat ketika kira-kira 55% air telah
menjadi es.Pada tahap ini sebagian besar atau hampir seluruh air membeku.
Berdasarkan panjang pendeknya waktu thermal arrest ini pembekuan dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Pembekuan lambat (slow freezing), yaitu bila thermal arrest time lebih dari 2 jam.
2. Pembekuan cepat (quick freezing), yaitu pembekuan dengan thermal arrest time tidak lebih dari 2jam.
Kristal-kristal es yang terbentuk selama pembekuan dapat berbeda-beda ukurannya tergantung pada kecepatan pembekuan. Pembekuan cepat menghasilkan kristal-kristal yang kecil-kecil di dalam jaringan daging ikan. Jika dicairkan kembali, kristal-kristal yang mencair diserap kembali oleh daging dan hanya sejumlah kecil yang lolos keluar sebagai drip.
Kristal-kristal es yang terbentuk selama pembekuan dapat berbeda-beda ukurannya tergantung pada kecepatan pembekuan. Pembekuan cepat menghasilkan kristal-kristal yang kecil-kecil di dalam jaringan daging ikan. Jika dicairkan kembali, kristal-kristal yang mencair diserap kembali oleh daging dan hanya sejumlah kecil yang lolos keluar sebagai drip.
Sebaliknya pembekuan lambat menghasilkan kristal-kristal yang besar-besar. Kristal es ini mendesak dan merusak susunan jaringan daging. Tekstur daging ketika ikan dicairkan menjadi kurang baik, berongga, keropos dan banyak sekali drip yang terbentuk. Ikan yang dibekukan dengan lambat tidak dapat digunakan sebagai bahan bagi pengolahan-pengolahan tertentu misalnya pengalengan, pengasapan, dan sebagainya. Atas pertimbangan-pertimbangan diatas, maka disamping untuk menyingkat waktu dan menghasilkan output yang tinggi maka ikan mutlak dibekukan dengan cepat.
· Kecepatan Pembekuan
Belum ada definisi tentang pembekuan cepat yang dapat diterima semua pihak. Beberapa pendapat dikemukakan dengan alasan sendiri-sendiri. Sangat langka orang yang dapat membedakan ikan segar dengan ikan yang dibekukan antara 1 jam dan 8 jam. Tetapi jika lebih dari 12 jam, perbedaannya jadi nyata. Pembekuan yang memakan waktu 24 jam atau lebih yang dilakukan dengan freezer yang dirancang atau dioperasikan dengan buruk pasti akan menghasilkan ikan beku dengan kualitas rendah. Pembekuan yang berkepanjangan, misalnya pembekuan yang dilakukan dengan menimbun ikan di cold storage, dapat menyebabkan ikan membusuk oleh kegiatan bakteri sebelum bagian tengah tumpukan ikan mencapai suhu yang rendah.
Inggris menentukan batas waktu tidak lebih daripada dua jam untuk melewati daerah kritis sebagai pembekuan cepat, sedangkan Jepang memberikan kriteria kurang dari 30 menit untuk melewati daerah kritis sebagai pembekuan cepat, sementara Amerika Serikat menggunakan waktu 70-100 menit untuk membedakan pembekuan cepat dan lambat. Inggris menentukan batas waktu tidak lebih daripada dua jam untuk melewati daerah kritis sebagai pembekuan cepat, sedangkan Jepang memberikan kriteria kurang dari 30 menit untuk melewati daerah kritis sebagai pembekuan cepat, sementara Amerika Serikat menggunakan waktu 70-100 menit untuk membedakan pembekuan cepat dan lambat.
Definisi yang lebih banyak diterima tidak menyebutkan lama pembekuan atau kecepatan pembekuan, tetapi semata-mata menyebutkan bahwa ikan harus dibekukan secepatnya dan diturunkan suhunya didalam freezer hingga mencapai suhu penyimpanan.
Definisi yang lebih banyak diterima tidak menyebutkan lama pembekuan atau kecepatan pembekuan, tetapi semata-mata menyebutkan bahwa ikan harus dibekukan secepatnya dan diturunkan suhunya didalam freezer hingga mencapai suhu penyimpanan.
· CONTOH ALAT PEMBEKU IKAN PADA COLD STORAGE
Ikan yang telah dibekukan perlu disimpan dalam kondisi yang sesuai untuk mempertahankan kualitasnya. Biasanya ikan beku disimpan dalam cold storage, yaitu sebuah ruangan penyimpanan yang dingin.Penyimpanan ini merupakan tahap yang pokok dari cara pengawetan dan pembekuan. Suhu yang biasanya direkomendasikan untuk cold storage umumnya -300C hingga -600 C, tergantung pada kebutuhan. Pada suhu ini perubahan dan denaturasi protein dapat diminimalisasikan, selain itu aktivitas bakteri juga berkurang. walaupun penurunan mutu tetap terjadi tetapi bisa diminimalisasikan.
Selain perubahan mikrobiologi dan kimia, selama penyimpanan beku terjadi perubahan secara fisik yaitu pada kristal-kristal es baik bentuk maupun ukuran. Perubahan ini sering disebut Rekristalisasi (Recristallisation).
Selain perubahan mikrobiologi dan kimia, selama penyimpanan beku terjadi perubahan secara fisik yaitu pada kristal-kristal es baik bentuk maupun ukuran. Perubahan ini sering disebut Rekristalisasi (Recristallisation).
Terdapat 3 jenis rekristalisasi yang terjadi pada produk pembekuan selama penyimpanan beku yaitu:
1. Isomass Recristallisation
Terjadi perubahan bentuk permukaan atau struktur internal dari kristal es. 2. Accretive Recristallisation
Dua kristal es yang berdekatan bergabung membentuk kristal es yang lebih besar. 3. Migratory Recristallisation
Terjadinya kenaikan ukuran rata-rata kristal es dan berkurangnya jumlah rata-rata kristal es karena terbentuknya kristal-kristal es yang lebih besar dari kristal-kristal es yang lebih kecil. Cold storage dapat mempertahankan mutu ikan selama 1-9 bulan, tergantung pada keadaan danjenis ikan, cara pembekuan dan cara/kondisi penyimpanannya. Dengan teknik penanganan yang ideal , ikan dapat disimpan lebih dari 4 tahun dalam cold storage.
Desain yang benar dan penggunaan yang benar dari cold storage dapat meminimalisasikan kerusakan selama penyimpanan dan memperpanjang masa simpan produk. Faktor design yang paling penting adalah:
• Suhu rendah
• Keseragaman suhu dalam seluruh ruangan cold storage
• Kestabilan suhu dengan fluktuasi yang minimal
• Distribusi udara yang baik untuk mempertahankan keseragaman suhu
• Sirkulasi udara minimum untuk mencegah dehidrasi
• Minimum ingress udara untuk meminimalkan fluktuasi
• Suhu rendah
• Keseragaman suhu dalam seluruh ruangan cold storage
• Kestabilan suhu dengan fluktuasi yang minimal
• Distribusi udara yang baik untuk mempertahankan keseragaman suhu
• Sirkulasi udara minimum untuk mencegah dehidrasi
• Minimum ingress udara untuk meminimalkan fluktuasi
Suhu cold storage dikendalikan dengan termostat, alat ini menghentikan pendinginan jika suhu cold storage telah mencapai derajat tertentu, dan menjalankannya kemali jika suhu naik kempali sampai derajat tertentu pula. Selisih antara kedua suhu tersebut biasanya tidak lebih dari 20C.
· BEBERAPA TIPE –TIPE COLD STORAGE:
1. Jacketed cold storage ( cold storage berjaket) tipe ini merupakan ruang penyimpanan yang ideal, tetapi konstruksinya sangat mahal. Ruang dalam terisolasi total dari jaket udara. Karena itu lapisan dalam harus dibuat dari bahan yang tidak dapat ditembus udara. Sambungan-sambungannya harus dibuat kedap udara.
Sistem cold storage ini menjamin bahwa perbedaan suhu didalam ruang penyimpan cukup kecil. Hal ini dicapai karena aliran dari udara dingin mengelilingi bagian luar dari ruangan dalam storage. Selain itu, karena pemasukan panas sangat kecil, RH yang tinggi dapat dipertahankan. Dengan demikian , dehidrasi produk sangat terbatas.
Tipe ini tidak memerlukan kipas didalam ruang penyimpan. Hal ini merupakan faktor lain yang mendukung dihasilkannya produk yang baik. Tipe ini tidak banyak dipakai karena kemahalannya dan karena tidak cocok jika beban panas dari produk cukup tinggi.
2. Gridded cold storage(cold storage dengan pipa pendingin polos)
Pada tipe ini, pipa pendingin polos dirangkai menutupi seluruh langit-langit dan di dinding ruangan cold storage.Tipe ini juga menghasilkan kondisi penyimpanan yang baik karena suhu dalam ruangan cukup merata tanpa disirkulasikan dengan kipas. Panas yang masuk melalui dinding segera dikeluarkan tanpa mengganggu produk yang disimpan.
Pada tipe ini, pipa pendingin polos dirangkai menutupi seluruh langit-langit dan di dinding ruangan cold storage.Tipe ini juga menghasilkan kondisi penyimpanan yang baik karena suhu dalam ruangan cukup merata tanpa disirkulasikan dengan kipas. Panas yang masuk melalui dinding segera dikeluarkan tanpa mengganggu produk yang disimpan.
Kecepatan pemindahan panas kepipa hanya sedikit berkurang jika pipa tertutup es sihingga defrost tidak perlu sering dilakukan. Cold storage jenis ini dapat bekerja berbulan-bulan tanpa defrosting.
Kelemahan atau kerugian utama dari tipe ini adalah:
Kelemahan atau kerugian utama dari tipe ini adalah:
Ø Ada banyak saluran-saluran pipa yang komplex,
Ø Memerlukan bahan refrigeran dalam jumlah yang banyak,
Ø Struktur cold storage harus kuat untuk menahan pipa-pipa dan refrigeran, dan
Ø Memerlukan bejana penampung regfrigeran jika cooler perlu dikosongkan untuk diperbaiki.
3. Finned grid stores (cold storage dengan pipa bersirip)
Tipe ini mirip dengan gridded cold storage tapi pipa yang digunakan adalah pipa bersirip. Dengan pipa bersirip ini jika dirangkai dilangit-langit saja sudah mencukupi, tanpa memerlukan rangkaian pipa didinding. Dengan demikian biaya dapat dikurangi, akan tetapi kelemahannya adalah pipa tidak menutupi dinding sehingga kondisi penyimpanannya tidak sebaik cold storage dengan pipa polos. Pipa bersirip lebih sulit di-dfrost dan defrost perlu dilakukan sesering mungkin.
4. Cold storage dengan Unit cooler
Tipe ini paling banyak digunakan karena paling murah pemasangannya; hanya sedikit memerlukan bahan pendingin; mudah di-defrost dan tidak memerlukan struktur penyangga yang berat. Kelemahannya adalah beberapa rancangan tidak memungkinkan distribusi udara yang merata di dalam cold storage sehingga menyebabkan kondisi penyimpanan yang buruk
· Skema Cold chain
Penurunan mutu produk segar dapat dipengaruhi oleh :
· Perubahan metabolic seperti penguapan, ethylene, tekstur dan aroma
· Pertumbuhan dan pengembangan
· Transpiration
· Cacat
· Kerusakan Physiologis
· Busuk; pertumbuhan mikroba
Kondisi strowberi setalah 7 hari yang disimpan pada suhu 0, 5, 10 dan 15C.
Yang harus diperhatikan dalam melakukan proses pendinginan yang baik adalah :
· Waktu antara panen dan “pre-cooling”
· Jenis karton, palet; ventilasi
· Cara pendinginan dan waktu yang dibolehkan
· Suhu produk sebelum didinginkan
· Suhu produk akhir
· Sanitasi dari sistem pendingin
· Pelihara suhu produk
Beberapa Metode Pendinginan Untuk Bahan Pangan, Yaitu:
1. Air cooling
Air cooling menggunakan suhu pendingin lebih dari 0°C dengan debit udara 150m3/jam. Metode pendinginan air cooling dapat digolongkan menjadi:
Air cooling menggunakan suhu pendingin lebih dari 0°C dengan debit udara 150m3/jam. Metode pendinginan air cooling dapat digolongkan menjadi:
a. Room cooling
Room cooling biasanya menggunakan ruang dengan insulasi yang dilengkapi dengan alat pendingin. Umumnya digunakan untuk berbagai macam produk segar tapi kurang efektif untuk segera memindahkan field heat produk
Room cooling biasanya menggunakan ruang dengan insulasi yang dilengkapi dengan alat pendingin. Umumnya digunakan untuk berbagai macam produk segar tapi kurang efektif untuk segera memindahkan field heat produk
Cara penyimpanan produk dalam ruangan berpendingin sangat dipengaruhi oleh:
· Debit aliran udara (diusahakan sekitar 100 cfm per ton produk)
· Tumpukan produk
· Ventilasi antar kotak
· Suhu udara terendah
Penerapan metode pendinginan room cooling adalah untuk proses pendinginan produk pada skala kecil maupun besarRoo cooling
b.Air forcedcooling Pada pendinginan air forced cooling, udara pendingin didorong dengan kipas. Udara bersirkulasi dengan kecepatan tinggi 75-90% lebih cepat dibanding room cooling. Penggunaan air forced cooling harus dengan pengontrolan RH yang berkisar antara 90-98%. Metode pendinginan ini efektif untuk produk yang dikemas.Air force cooling.
2. Hydrocooling
Pada pendinginan hydrocooling, panas produk dipindahkan melalui media air. Metode ini banyak digunakan untuk sayuran untuk mempertahankan tekstur dan kesegaran daun dan dapat digunakan sekaligus untuk membersihkan produk dimana dapat dicampur dengan klorin sebagai disinfectant. Kelemahannya adalah sering terjadi mechanical injury dan hanya bisa digunakan untuk komoditi yang tidak sensitif terhadap air. Hydrocooling untuk sayur biasanya dilakukan setelah dikemas.
3. Vacuum Cooling
Pendinginan vakum adalah salah satu metoda yang umum digunakan untuk pra-pendinginan sayuran berdaun. Efek pendinginan terjadi akibat penguapan cepat sejumlah air dari bahan yang akan didinginkan pada ruang bertekanan rendah. Panas laten yang dibutuhkan untuk penguapan tersebut diambil dari produk itu sendiri sehingga terjadi penurunan panas sensibelnya dan sebagai akibatnya terjadi penurunan suhu. Pendinginan vakum sangat popular pada pra-pendinginan sayuran berdaun karena dua keunggulannya yang utama, yaitu laju pendinginan cepat dan sebaran suhu seragam pada seluruh bahan Efek pendinginan melalui panas laten penguapan. Metode pendinginan vakummerupakan metod ependinginan yang paling cepat. Tekanan udara di ruang pendinginnya berkisar 4.6 mm Hg. Metode pendinginan vakum banyak diterapkan untuk mendinginkan sayuran daun seperti lettuce, cabbage, wortel, pepper, jamur, cauliflower,Vacuum cooling.
· Metode Analisis Data Pendinginan
Kebutuhan industri pendinginan terdiri atas tiga hal, yaitu prosedur analisa data pendinginan, prosedur penggunaan data pendinginan untuk merancang sistem refrigerasi, serta pengumpulan data dasar, sifat termofisik, dan sifat pindah panas antara bahan dengan mesin pendingin, sedemikian sehingga dapat menyediakan informasi yang dibutuhkan untuk merancang sistem pendingin yang diinginkan. Pada tulisan ini dijelaskan beberapa metoda analisa dan cara pemilihan metoda yang ada tersebut, sehingga dapat digunakan oleh para perekayasa bidang refrigerasi dan ahli ilmu pangan untuk keperluannya masing-masing. Fokus utama diberikan pada proses pendinginan konduktif.
Pemilihan metoda analisa perlu mempertimbangkan antara pemecahan yang diturunkan secara pasti atau penggunaan grafik suhu-waktu secara aritmetik. Untuk menuju pada metoda analisa yang seragam, beberapa hal yang harus dipenuhi oleh suatu metoda analisis adalah:
· Dapat diterapkan pada kisaran kondisi yang luas, dari pendinginan lambat dengan udara (air-cooling) hingga pendinginan cepat dengan pencelupan ke dalan cairan (hydro cooling).
· Mampu menduga waktu pendinginan, serta menganalisa dan mengkorelasikan data waktu pendinginan tersebut.
· Cukup mudah tetapi akurat untuk dipahami dan digunakan oleh perekayasa refrigerasi.
· Mengandung pengertian fisik.
· Mempunyai parameter yang minimum, dan variabel atau parameter yang tidak lebih banyak dari bilangan non-dimensional dalam sistem persamaannya.
· Dapat membantu para perekayasa refrigerasi dan ahli ilmu pangan dalam mengukur sifat termofisik bahan pangan tertentu.
1.Metode Pemecahan Pasti
Pendinginan dapat dianggap sebagai proses penurunan suhu bahan dari suhu awal ke suhu tertentu di atas titik beku, yang merupakan proses tak-mantap (unsteady-state). Salah satu faktor yang penting dalam analisa pindah panas tak-mantap adalah perbandingan antara tahanan di dalam dengan di luar bahan terhadap perpindahan panas tersebut, yang dalam bilangan tak-berdimensi dikenal dengan bilangan Biot (NBi = hcl/k). Dalam hal ini, hc adalah koefisien konveksi panas (W/m2.K), k adalah konduktivitas panas bahan (W/m.K), dan l adalah dimensi karakteristik bahan (m). Berdasarkan faktor kunci tersebut, waktu pendinginan dapat diduga dengan tiga pendekatan, yaitu pendekatan yang mengabaikan tahanan dalam (internal), pendekatan yang mengabaikan tahanan permukaan, dan pendekatan dengan memperhitungkan keduanya.
- Pendekatan yang mengabaikan tahanan dalam (internal)
Pendekatan ini menganggap bahwa tahanan terhadap pindah panas pada permukaan jauh lebih besar daripada di dalam bahan, atau NBi < 0.1. Hal ini dapat terjadi saat pendinginan/pemanasan bahan dengan konduktivitas panas yang jauh lebih besar dari pada koefisien konveksi panas di permukaannya. Pada kondisi tersebut, gradien suhu dalam bahan dapat diabaikan sehingga suhu di pusat bahan hampir sama dengan suhu di permukaannya. Keseimbangan energi pada suatu benda yang mengalami pendinginan atau pemanasan secara tak-mantap, dapat dinyatakan dengan persamaan pendinginan Newton sebagai berikut:
Dengan pemisahan parameter, persamaan (10-1) dapat diintegrasi untuk mendapatkan:Dengan memasukkan bilangan Biot (NBi = hcl/k) dan Fourier (Fo = at/l2), dimanaa = k/rCp adalah difusivitas panas bahan (m2/det), ke persamaan (10-2) diperoleh:
- Pendekatan yang mengabaikan tahanan permukaan
Untuk bahan biologik, yang pada umumnya mempunyai konduktivitas panas yang rendah, maka nilai bilangan Biot akan menjadi lebih besar. Jika konduktivitas tersebut jauh lebih besar daripada pindah panas konveksi pada permukaan, maka pendugaan harus didasarkan pada asumsi tahanan dalam jauh lebih besar daripada tahanan permukaan (NBi > 40). Hal ini menyebabkan laju pendinginan sangat tergantung pada jenis dan geometri benda yang didinginkan. Perhitungan untuk suatu benda berbentuk lempeng tak-hingga dapat dikembangkan dari persamaan berikut:dimana xadalah tebal benda yang didinginkan (m). Persamaan tersebut dapat dipecahkan menjadi:Pemecahan untuk bentuk silinder tak-hingga dan bola, masing-masing ditunjukkan pada persamaan berikut:
- Pendekatan yang memperhitungkan tahanan internal dan permukaan
Pendekatan ini digunakan apabila bilangan Biot mempunyai nilai antara 0.1 sampai 40. Pendekatan ini menyiratkan bahwa kedua tahanan, baik tahanan dalam maupun permukaan mempunyai nilai yang cukup berarti, sehingga perhitungan dilakukan denganmencakup kedua tahanan tersebut. Untuk maksud tersebut, digunakan bagan yang mempermudah dalam perhitungan pindah panas.
2. Penggunaan Grafik Suhu-Waktu
Metoda grafik suhu-waktu dapat dibagai atas teraan (plot) aritmetik dan teraan eksponensial terhadap data suhu vs waktu.
a. Teraan Aritmetik.
Dua metoda yang digunakan secara luas untuk menampilkan data pendinginan dengan metoda teraan aritmetik adalah waktu paruh pendinginan dan laju pendinginan.
· Laju pendinginan
Jika sifat dan suhu pendinginan tetap, maka waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu bahan menjadi separuh dari nilai sebelumnya adalah tetap. Waktu tersebut disebut sebagai waktu paruh (th). Waktu paruh dapat diterapkan dalam penentuan kebutuhan waktu untuk menurunkan suhu 75% dari suhu awalnya, yaitu 2 kali waktu paruh.
Jika suhu media pendingin tetap, koefisien pendinginan Cr atau laju spesifik, yang merupakan hasil bagi antara penurunan suhu dengan beda suhu rata-rata logaritmik dan
Waktu dapat dihubungkan dengan waktu paruh sebagai berikut:
Cr Z = ln 2 = 0,693
Cr Z = ln 2 = 0,693
Jika suhu media pendingin tetap, waktu yang diperlukan untuk menurunkan suatu satuan suhu, atau penurunan suhu yang terjadi selama periode tertentu, dapat dilakukan dengan pemecahan aljabar atau secara grafik semi-log. Jika suhu pendinginan tidak tetap, suhu media pendingin harus ditentukan lebih dahulu agar proses pendinginan dapat dibagi terhadap periode suhu yang mendekati tetap dalam menentukan penurunan suhu tiap periode waktu tertentu.
Perhitungan waktu paruh atau laju pendinginan hanya memerlukan suhu pendinginan dan suhu produk pada dua waktu tertentu, dan hanya menggunakan satu parameter, sehingga perhitungan rancangan sangat sederhana.