Teknologi pembekuan makanan
Tipe peralatan yang digunakan untuk produk tertentu ditentukan oleh berbagai faktor. Sensivitas produk, ukuran, dan bentuk produk makanan serta kualitas akhir yang diperlukan, laju produksi, ketersediaan ruang, kapasitas investasi, tipe media pendinginan yang digunakan, dan sebagainya. Peralatan pembekuan secara umum dapat dikelompokan sebagai berikut:
Dalam pembekuan sistem lempengan dingin, lempengan seolah menjadi pembungkus produk makanan tersebut. Lempengan dapat berupa lempengan ganda atau lempengan banyak yang didinginkan dengan berbagai cara. Ruang udara di antara lempeng dan pembungkus dapat menambah resistansi hambatan laju transfer kalor, sehingga ruang antara lempengan harus diminimalisasi menyesuaikan dengan ukuran produk makanan. Dan itulah yang
menjadi keuntungan dari metode ini; bentuk dan ukuran lempengan dapat disesuaikan dengan ukuran produk makanan. Keuntungan lainnya adalah, pembekuan dapat dilakukan dengan cepat dari berbagai sisi produk makanan, karena logam memiliki konduktivitas termal yang tinggi sehingga transfer panas dapat melaju dengan cepat.
Pembekuan dengan lempengan-lempengan seperti ini cenderung lebih menghemat ruang karena penyusunan letak makanan yang rapih dan terstruktur.
Adalah tipe pembekuan yang umum, yaitu ruang pendingin yang diisi oleh udara yang didinginkan. Keuntungannya adalah, dengan memanfatkan aliran konveksi, temperatur dingin dapat disebarkan hingga ke sudut ruangan secara efisien, namun koefisien transfer panas konvektif udara cenderung kecil sehingga pembekuan perlu dilakukan dalam waktu yang lebih lama akibat
rendahnya laju transfer panas. Semakin besar ruangan, semakin kecil kalor yang dapat dipindahkan dalam satuan waktu tertentu. Hilangnya berat dari produk juga dapat terjadi akibat kontak langsung antara produk dan air yang mampu mengangkat kandungan air dalam produk makanan, terutama jika temperatur dan kelembaban memungkinkan.
Umumnya, produk makanan direndam dalam cairan pendingin yang didinginkan. Cairan yang digunakan berupa cairan yang memiliki titik didih rendah namun memiliki kemampuan menyerap panas yang tinggi, misalnya glikol atau cairan lainnya yang disebut coolant. Makanan cair juga dapat didinginkan dengan cara ini asalkan dikemas terlebih dahulu sebelum direndam. Umumnya tidak ada kontak langsung antara produk makanan dengan cairan pendingin, karena berisiko merusak kualitas produk makanan.
Penyemprotan makanan juga termasuk metode ini, dengan menggunakan cairan pendingin yang sejenis. Makanan dialirkan dengan konveyor, lalu dilakukan penyemprotan. Setelah dilakukan penyemprotan, umumnya produk makanan dibekukan dengan memanfaatkan media udara seperti aliran udara dingin. Cara ini menjadikan makanan menjadi beku lebih cepat dibandingkan tanpa cairan pendingin.
Dengan metode cryogenic, makanan dapat dibekukan dengan cara yang cepat. Makanan direndam dalam cairan cryogenik yang disebut dengan cryogen. Cryogen yang umum digunakan misalnya nitrogen cair dan karbon dioksida cair. Nitrogen cair memiliki titik didih yang sangat rendah, yaitu-196C, sedangkan karbon dioksida cair memiliki titik didih-79C. Cryogen cenderung tidak berbau, tidak berwarna, dan inert
sehingga tidak akan bereaksi dengan bahan makanan padat walau pendinginan dilakukan dalam keadaan tanpa dikemas dan memengaruhi kualitas makanan kecuali terhadap temperatur dinginnya itu sendiri. Selain itu, cryogen memiliki laju transfer panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan cairan pendingin lainnya.
Pada proses pembekuan dengan cryogenic, pendinginan awal perlu dilakukan untuk mencegah keretakan akibat turunnya temperatur secara drastis karena volum produk makanan mengalami perubahan volum yang sangat cepat ketika terendam dalam cryogen. Mempertahankan temperatur sangat mungkin karena cryogen yang menguap memiliki koefisien transfer kalor konvektif yang sangat tinggi.
Modifikasi terbaru dari pendingin cryogenic adalah pendingin cryomechanical yang menggabungkan metode perendaman produk dalam cairan cryogen dan metode mekanik yaitu menggunakan konveyor tipe sprayer, spiral, ataupun belt yang memanfaatkan uap cryogen. Hal ini akan mengurangi waktu pendinginan, mengurangi hilangnya berat produk makanan, meningkatkan kualitas produk, dan meningkatkan efisiensi.
Setiap penambahan maupun pengurangan panas yang dilakukan terhadap makanan akan membawa beberapa perubahan terhadap makanan tersebut. Pendinginan akan mengubah air menjadi es, dan sifat makanan akan ditentukan oleh sifat es tersebut. Pertumbuhan mikroorganisme dan aktivitas enzim ditentukan oleh berkurangnya aktivitas air dalam makanan beku. Jumlah dan ukuran inti es yang terbentuk cukup
memengaruhi kualitas produk dalam hal tingkat kerusakan dinding sel bakteri dan juga struktur jaringan produk makanan. Kehilangan berat dan mengeringnya permukaan umumnya kekurangan kualitas yang tidak diinginkannya. Kondisi penyimpanan dan transportasi, terutama fluktuasi temperatur akan memengaruhi kristalisasi es dan kualitas produk.
Ketika air diubah menjadi es, volumenya bertambah 9% (air memiliki volume terkecil pada temperatur 4C lalu bertambah volumenya seiring penurunan temperatur, sifat anomali air). Jika produk makanan tersebut mengandung banyak air, maka hal yang sama akan terjadi, namun kadar air, temperatur pendinginan, dan keberadaan ruang antar sel amat memengaruhi perubahan volume tersebut.
Kerusakan sel juga mungkin terjadi akibat pendinginan; hal ini diakibatkan gerakan kristal es atau kondisi osmotik sel. Produk daging tidak mengalami kerusakan sebesar produk buah-buahan dan sayuran karena struktur fibrous yang dimiliki daging lebih elastis dibandingkan struktur buah dan sayur yang cenderung kaku.
Kehilangan berat akibat pendinginan juga menjadi masalah karena selain masalah kualitas, hal ini juga merupakan masalah ekonomi jika produk dijual berdasarkan berat produk. Produk yang tidak dikemas akan mengalami kehilangan berat lebih besar akibat perpindahan tingkat kelembaban menuju wilayah yang bertekanan lebih rendah akibat kontak langsung dengan media pendinginan.
"Cracking" atau terbentuknya retakan pada permukaan hingga bagian dalam produk juga bisa terjadi, terutama ketika produk makanan dibekukan dengan cara direndam ke dalam cairan pendingin atau cryogen yang menyebabkan terbentuknya lapisan beku di permukaan makanan. Lapisan ini melawan peningkatan volume dari dalam sehingga produk akan mengalami stress di bagian dalamnya. Jika lapisan beku yang
terbentuk cukup rapuh, akan terjadi retakan. Sifat produk seperti porositas, ukuran, modulus elastisitas, dan densitas amat memengaruhi terjadinya keretakan tersebut. Perubahan densitas terjadi akibat bertambahnya volume, dan ini bisa ditangani dengan pendinginan dalam kondisi tekanan tinggi.
Pendinginan akan mengurangi aktivitas air pada makanan. Mikroorganisme tidak dapat tumbuh pada kondisi aktivitas air yang rendah dan temperatur di bawah nol. Organisme patogen tidak bisa tumbuh pada temperatur di bawah 5C, namun tipe organisme lainnya memiliki respon yang berbeda. Sel vegetatif ragi, jamur, dan bakteri gram negatif akan hancur pada temperatur rendah, namun bakteri gram positif dan spora jamur diketahui tidak
dipengaruhi oleh temperatur rendah. Protein akan mengalami denaturasi dalam temperatur dingin yang mengakibatkan perubahan penampilan produk, tetapi nilai nutrisinya tidak terjadi walau terjadi denaturasi selama berat tidak berkurang. Pembekuan tidak memengaruhi kandungan vitamin A, B, D, dan E, namun memengaruhi kandungan vitamin C.
Pengetahuan tentang sifat termal produk makanan dibutuhkan dalam mendesain proses pembekuan dan alat yang dibutuhkan, termasuk juga kapasitas pemindahan panas.