OUM-NESTLE 2008 1

Executive Diploma in Manufacturing Management

1

LECTURE NOTES 01/08“COOLING & FREEZING

PROCESS”

SAIFUL IRWAN ZUBAIRI PMIFT, Grad B.E.M. B. Eng. (Chemical-Bioprocess) (Hons.), UTM

M. Eng. (Bioprocess), UTM

ROOM NO.: 2166, CHEMISTRY BUILDING,TEL. (OFF.): 03-89215828,

FOOD SCIENCE PROGRAMME,CENTRE OF CHEMICAL SCIENCES AND FOOD TECHNOLOGY,

UKM BANGI, SELANGOR

28 MAY 2008


2

SUB-TOPIC: FOOD CONVERSION AND MANUFACTURING Cooling and Freezing process.

Concentration & Dehydration: Concentration, Spray Drying & Vacuum Drying process.Industrial Fermentation process. Irradiation Process.Homogenization Process.Wet and Dry Mixing process.Transport and Conveying process.


3

THE BASICS OF COOLING FOOD While there has been a lot of talk about food cooling, there are in fact,

virtually no scientifically correct studies that have been performed on food cooling in the kitchen to identify the hazards and critical limits.

The cooling problem stems from the survival of the three spores, (1) Clostridium perfringens, (2) Clostridium botulinum, and (3) Bacillus cereus, in pasteurized foods.

When meat, fish, poultry, vegetables, starches, cereal products, and dairy products are pasteurized, for example, at 150 ºF for 1.21 minutes, the vegetative cells are reduced to a safe level, but the spores are activated.

If the food is controlled with pH below 4.6, these three pathogens will not germinate and multiply.

Food does not need to be refrigerated for safety. This does not mean that the foods cannot spoil, however, because there

are some spores that grow at refrigerator temperatures or low pH that can spoil the food.


4

There are thousands of foods and sauces on sale in food markets that illustrate pH control.

Many types of acidified gravies, tomato sauces, chilis, sauces, dressings, etc. are simply pasteurized, pH controlled below 4.6, and then, packaged.

Traditionally, mold and yeast control is by small amounts of sodium benzoate and potassium sorbate added to the food.

In retail food operations today, we are wasting a lot of effort cooling volumes of sauces, gravies, etc. that are sufficiently acidified so as to not need refrigeration.

THE BASICS OF COOLING FOOD


5

The simple way to identify these foods is to measure the pH with a pH meter.

Unfortunately, neither most regulatory personnel nor operators have meters or are trained to measure pH in food.

Hence, operators are being required to cool and refrigerate many foods that do not require spore hazard control.

Actually, one does not need to get to pH 4.6 to have a cooling benefit.

If a gravy, soup, or sauce has a pH of about 5.2, the multiplication times for bacteria are at least twice as long, and cooling times could be twice as long.

Currently, this cannot be predicted; it must be measured

THE BASICS OF COOLING FOOD


6

PENYEJUKAN (COOLING) Definasi: “proses penurunan suhu produk di atas suhu beku” Proses suhu rendah tanpa pembentukan ais di dalam produk. Sedia maklum: Air adalah di dalam bentuk cecair. Air boleh digunakan oleh m.o., enzim & t/b kimia. Tetapi suhu rendah kurangkan kadar pertumbuhan dan t/b. Punca utama keracunan makanan = psychrotrophs e.g. Listeria Suhu pembiakan: 0oC < 5oC. Jangka hayat produk tidak sepanjang penyejukbekuan. Beberapa hari ke 1 atau 2 minggu sahaja = bergantung kepada

tahap pendedahan udara dan perubahan suhu yang berlaku.


7

MENGAPA PENYEJUKAN?

(1) Proses pengawetan minimalTidak banyak proses dibebankan ke atas sistem

makanan.Kurang menggunakan proses termal boleh

menggelakkan berlakunya denaturasi kepada nutrien penting di dalam makanan.

e.g.: Pengeringan: proses haba, jangka masa lamae.g.: Pentinan: penceluran, retort, tin


8

CONTINUE:

(2) Kesan minimal ke atas ciri-ciri kualiti

Proses minimal = kurang kesan ke atas ciri-ciri kualiti.

Ciri-ciri kualiti dikekalkan.e.g.: Warna: penceluran = warna jadi lunture.g.: Tekstur: proses haba = tekstur jadi lembute.g.: Rasa: asid/cuka = rasa jadi masam


9

(3) Persepsi pengguna: makan makanan yang “segar”

Makanan tersejuk (chilled foods) lebih segar.Usually, “segar” dikaitkan dengan “baik”,

“sihat”, “berzat”.

CONTINUE:


10

Case Study 1: “PUNCA KEROSAKAN DAGING”

Punca kerosakan daging

1. EnzimKandungan enzim Proteolisis yang terhad di

dalam daging adalah digalakkan.Ia boleh memberi kesan pelembutan daging.Selain dari enzim ini, ia tidak diingini dan

boleh mempercepatkan proses kerosakan daging.


11

2. FizikalKehilangan airKehilangan kejusian (cecair yang

mengandungi bahan berprotein)Pengurangan berat hasil (akibat kekurangan

air dan cecair berprotein)Kehilangan warna merah (discolouring) akibat

tindakan pengoksidaan (pendedahan kepada faktor persekitaran)

CONTINUE:


12

3. Biokimia Proses pengoksidaan lemak berlaku. Menghasilkan bau tengik (perembesan gas ammonia).

4.Mikrobiologi Sistem keimunan pada daging tidak berfungsi. Ia disebabkan oleh pendedahan kepada pelbagai perlakuan seperti:

(a) sumber dalaman (endogenous):- e.g.: Dari usus, darah semasa pemprosesan.- Daging terkena atau tersentuh dari sumber-sumber

tersebut.(b) Sumber luaran (exogenous):

- Udara, premis, pisau dan pekerja.- Lebih besar ratio luas permukaan kepada isipadu, lebih tinggi kadar kontaminasi.

CONTINUE:


13

Pada keadaan biasa, m.o. mesofilik yang utama adalah Micrococcus, Bacillus.

Pada suhu penyejukan Pseudomonas, Lactobacillus (kerosakan paling tidak ketara) akan lebih ketara.

Akan menghasilkan bahan yang berbau.

CONTINUE (Mikrobiologi):


14

Case Study 2: PUNCA KEROSAKAN BUAHAN DAN SAYURAN

(1) EnzimTerdapat banyak di dalam tisu buahan & sayuran.e.g.: enzim-enzim pektin boleh menyebabkan:

- Proses penuaan- Tekstur lebih lembut- Menyebabkan kerosakan fizikal (kulit jadi lebam)

e.g.: polifenol oksidase boleh menyebabkan:- Pemerangan enzimatik.- Penurunan kualiti dari segi rupa bentuk dan warna.


15

(2) FizikalBerlakunya perpindahan lembapan (moisture content).e.g.: Kehilangan air dari produk ke persekitaran akibat

suhu tinggi:- Pengeringan tekstur berlaku (berkedut-kedut)- Perekahan permukaan kulit.

e.g.: Penyerapan air oleh produk dari persekitaran- Tekstur akan menjadi lebih lembik.- KESAN: Peningkatan aw, pertumbuhan kulat akan meningkat mendadak.

CONTINUE:


16

(3) Biokimia Proses pengoksidaan mula bertindakbalas:

- Kandungan lemak dalam B&S adalah rendah.

- Ianya penting semasa simpanan.

- enzim lipoxygenase yang mengoksidakan lemak. Kehilangan komponen perisa:

- e.g.: Buah Pear: Kehilangan rasa setelah masak berkaitrapat dgn pengurangan ester asid 2,4-decadienoic.

CONTINUE:


17

(4) Mikrobiologi m.o. perosak dan patogen memang sedia

wujud pada permukaan buah dan sayuran. Kadar tindakbalas m.o. sangat bergantung

kpd persekitaran (suhu, udara & cahaya matahari).

CONTINUE:


18

KAEDAH PENGAWETAN PENYEJUKAN

BAGI BUAHAN & SAYURAN (1) Pengurangan bilangan awal m.o.Bil. awal m.o kadar kerosakanPunca pencemaran yg wujud: Persekitaran-

e.g.: udara, tanah, serangga, air, haiwan di sekitaran, pekerja, peralatan yg digunakan.

Personal hygiene, sanitation & GMP perlu dititikanberatkan bagi mengurangkan sebarang cross contamination.


19

Masalah utama yang boleh wujud di dalam penyejukan ini adalah:

(a) Kecederaan sejuk (chill injury).

- Terutamanya kepada buahan tropika.

- e.g.: KESAN YG TIMBUL: Pemasakan tidak normal, pemerangan melampau & rasa yg tidak diingini berlaku.

- e.g.: pisang, betik & tomato.

CONTINUE:


20

(b) Buahan terpotong semasa pemprosesan (seneresis):

- AKIBATNYA: Berlaku pengaliran keluar cecair dari bahagian

terpotong.

- Lokasi seneresis boleh menjadi tempat pertumbuhan m.o.

CONTINUE:


21

(2) Pembungkusan bergas Menggunakan gas CO2 + O2

Ianya adalah paling kerap digunakan di dalam industri. Menyekat pertumbuhan m.o. aerobik (m.o. yang guna O2) Kepekatan CO2 yg tinggi, ia akan menurunkan kadar respirasi m.o. aerobik

= kerosakan buahan dan sayuran Kadang2, perlu ada juga O2 supaya tidak berlaku keadaan anaerobik pula.

- Pertumbuhan patogen anaerobik boleh berlaku jika berlebihan CO2

- Jadi, tiada persaingan dari m.o. lain jika kedua2 saling wujud. Sekiranya m.o. mulai wujud = Penghasilan bahan rasa yang tidak di ingini

akan timbul akibat daripada bahan kimia ‘byproduct’ metabolisma m.o. iaitu aldehydes & ketones.

CONTINUE:


22

LANGKAH-LANGKAH UMUM PENYEJUKAN MAKANAN

(1) Tentukan komponen-komponen di dalam hidangan.

(2) Tentukan faktor-faktor ancaman setiap komponen.Faktor fizikal, kimia, mikrobiologi etc.

(3) Tentukan interaksi yang mungkin berlaku di antara

komponen-komponen tersebut.

(4) Tentukan kaedah-kaedah yang diperlukan untuk

mengatasi faktor-faktor ancaman tersebut.


23

ISU-ISU PENGAWETAN SECARA PENYEJUKAN

(1) Faktor rantaian sejuk (cold chain).Proses penyejukan adalah proses pengawetan

minimal.Ini bermakna sistem makanan yg melalui

proses penyejukan adalah tidak stabil.Jangka hayat simpanan adalah pendek iaitu

antara 10 - 14 hari sahaja.


24

Produk tersejuk biasanya perlu melalui pelbagai fasa dan situasi.

-e.g.: Dari kilang pengeluar diangkut ke dalam kenderaan pengangkut.- Kemudian di dalam kenderaan beberapa jam semasa penghantaran.- Diangkut pula dari kenderaan ke tempat jualan.- Simpanan sebelum dijual seperti di tempat pameran etc.

CONTINUE:


25

Oleh yang demikian, disebabkan kurangnya kestabilan sistem makanan, ia sangat bergantung kpd pengekalan suhu rendah (no fluctuation in temperature).

Penyalahgunaan suhu (temperature abuse): boleh beri peluang kpd faktor ancaman utk rosakkan makanan.

Suhu rendah perlu dipastikan di setiap peringkat pemprosesan, penghantaran dan penjualan = akan wujud kestabilan pd produk.

CONTINUE:


26

2) Pergantungan kepada suhu Pengawetan secara penyejukan sangat bergantung

kepada suhu. Boleh dikatakan tiada/sangat sedikit kaedah

pengawetan lain yang lebih berkesan selain kaedah penyejukan = e.g.: Penggunaan bahan kimia.

Kebaikan kaedah penyejukan adalah = produk boleh dimakan terus & proses pemasakan adalah minima.

Keburukan = risiko pertumbuhan patogen jika penyalahgunaan suhu berlaku (temp. fluctuation)

CONTINUE:


27

3) Peningkatan masa simpanan Pemanjangan jangka simpanan boleh dicapai. Dahulu, jangka simpanan sesuatu produk

adalah pendek:

- Patogen psychrotroph boleh tumbuh.

- Pada kadar yang perlahan.

- Kerosakan produk tidak mencapai pada tahap bahaya.

CONTINUE:


28

Tetapi, bagi teknologi baru menggunakan proses penyejukan, jangka simpanan lebih panjang.

- Patogen psychrotroph tumbuh perlahan.

- Tetapi jangka masa tumbuh adalah panjang.

- Ada peluang untuk capai tahap bahaya.

- Contoh patogen psychrotroph:

-Listeria monocytogenes

-Yersinia enterocolitica

-Clostridium botulinum

CONTINUE:


29

(4) Pengeluar Kaedah pengawetan lain memerlukan peralatan besar,

tempat khas & sekitaran terkawal-e.g.: pentinan: di dalam kilang

Proses penyejukan hanya melibatkan pemprosesan minimal sahaja.

Ia boleh di mana-mana e.g.: di belakang kedai atau supermarket.

Ia tidak memerlukan tempat khas, persekitaran tidak perlu terkawal dan hanya perlu memastikan risiko keselamatan makanan terjamin sahaja.

CONTINUE:


30

PENYEJUKBEKUAN (FREEZING)

Definasi: Proses penurunan suhu di bawah suhu bekuIa adalah proses suhu rendah dengan pembentukan

ais di dalam produk.Jangka hayat produk boleh melangkaui beberapa

bulan ke tahun.Produk perlu dinyahbeku sebelum ia digunakan.Kebiasaannya, proses penyejukbekuan ini digunakan

untuk pengawetan makanan mentah dan juga siap.


31

PROSES PENYEJUKBEKUAN

Proses nyah haba dari sistem makanan.Ia melibatkan sumbangan kerja (W).Penurunan suhu pada tekanan atmosfera (1 atm).Apa yang berlaku adalah, pada suhu beku air, air

membeku.Pembekuan air akan menghasilkan hablur ais.Tetapi tidak semua air akan beku.Akan ada bahagian air yang tidak membeku semasa

proses penyejukbekuan.


32

Sifat ais adalah berbeza dengan beberapa sifat daripada air.

e.g.: air mengembang bila dibekukan.maka, ais akan berisipadu lebih berbanding

air.Manakala ais pula kurang tumpat daripada air.Maka, ais akan terapung di atas permukaan

air.

CONTINUE:


33

FENOMENA SEMASA PROSES PENYEJUKBEKUAN

(a) Penurunan takat bekuSifat air tulen: beku pada suhu 0oC/32oF.Dengan menambah bahan larut: takat beku

diturunkan kurang dari 0oC.Air di dalam sistem makanan adalah tidak tulen.Ia adalah campuran protein, mineral, vitamin etc.Jadi ia mengandungi bahan larut semulajadi yang

menyebabkan takat beku menjadi kurang dari 0oC.


34

(b) Pemekatan sejukbekuPada suhu sejukbeku: air mulai menghablur.Penghabluran air melibatkan molekul air

sahaja.Hablur air (ais) adalah tulen.Jadi, pengurangan air di dalam produk adalah

dalam bentuk penukaran air kepada ais.Konsep yang agak sama dengan pengeringan.

CONTINUE:


35

Kuantiti bahan larut (protein, vitamin & etc.) tidak berubah semasa proses penyejukbekuan.

Apa yg terjadi adalah kepekatan bahan larut tersebut akan bertambah.

Proses ini dinamakan sebagai pemekatan sejukbeku (freeze concentration).

Ia akan memberi kesan kepada profil suhu semasa penyejukbekuan.

Kepekatan takat beku

CONTINUE:


36

(c) Pembentukan hablur ais Hablur ais terbentuk melalui pelbagai saiz. Saiz hablur bergantung kepada kepada kadar penyejukbekuan. Kadar sejukbeku saiz hablur Hablur ais yang besar akan menyebabkan pemecahan sel tisu. KESANNYA:

- Kerosakan pada tisu e.g.: tisu menjadi lembik- Kekurangan daya serapan semula cecair.- Kehilangan cecair berlebihan semasa proses nyahbeku.- Kehilangan bahan rasa.- Kehilangan warna.

Kesan keseluruhan berbeza di antara komoditi.

CONTINUE:


37

(d) Penghabluran semula (recrystallization) Disebabkan oleh:

- Hablur akan bergabung untuk meningkatkan

kestabilan.

- Kewujudan naik-turun suhu simpanan. Ini akan menghasilkan perbezaan tekanan wap air di

dalam sistem penyejukbekuan. Pada setiap suhu yang dicatatkan, terdapat nilai

tekanan wap air setara (equilibrium water vapor pressure).

CONTINUE:


38

e.g.: Suhu simpanan: -20oC, kemudian naik ke -15oC.Kesan yang wujud adalah air akan mengewap ke

persekitaran.Apabila suhu turun semula ke -20oC, wap akan

terkondensasiWap terkondensasi akan menyebabkan pembentukan

hablur yang lebih besar.

CONTINUE:


39

(e) Kekeringan sejuk beku (freezer-burn)

Proses pemindahan air melalui sublimasi dari pepejal (ais) kepada wap.

KESANNYA: Produk akan kehilangan air. Ia akan menghasilkan produk yang kering,

perubahan warna, tekstur dan kekurangan nilai zat makanan.

CONTINUE:


40

Ini disebabkan oleh:- Perbezaan tekanan wap air di antara produk

dan persekitaran- Berlaku penyingkiran lembapan dari udara persekitaran kerana bertukar menjadi ais.- Penurunan tekanan wap air persekitaran menyebabkan air dari produk mengewap.- Kadar ini akan meningkat dengan

peningkatan kadar aliran udara sekitaran.

CONTINUE:


41

FAKTOR-FAKTOR MEMPENGARUHI MUTU MAKANAN TERSEJUKBEKU

1) Kadar penyejukbekuan Masa untuk proses sejukbeku mutu Saiz hablur: Saiz hablur mutu Kesegaran sel dlm produk: Segar sel mutu


42

2) Masa simpanan sejukbeku Pastikan masa simpanan adalah tidak statik. Pastikan ada perubahan dalam jangka waktu

penyimpanan. Masa simpanan mutu

CONTINUE:


43

3) Suhu simpanan sejukbeku Suhu simpanan mutu Suhu yang lebih rendah akan memberikan kesan

pengawetan yg lebih baik. Kadar t/b m.o. & enzim adalah lebih perlahan. Ini dapat mengelakkan daripada julat peningkatan

kadar t/b oleh pemekatan bahan dan perlepasan enzim/substrat ke atas produk.

CONTINUE:


44

4) Kestabilan suhu simpanan Kestabilan suhu mutu Pengurangan pengkristalan semula dan

kekeringan sejukbeku boleh dicapai.

CONTINUE:


45

5) Pembungkusan Pembungkusan adalah perlu di dalam proses

penyejukbekuan. Pembungkus yg mempunyai ciri-ciri kadar

perpindahan air yang rendah adalah lebih baik.

Ia akan mengurangkan kekeringan sejukbeku.

CONTINUE:


46

HAYAT SIMPANAN SEJUKBEKU

Kebiasaannya, suhu simpanan sejukbekua adalah sekitar -18oC

Tetapi bagi makanan laut, ia memerlukan suhu lebih rendah kerana otot ikan lebih peka kepada suhu berbanding daging.

Ada beberapa istilah yang digunakan untuk pengukuran hayat simpanan produk sejukbeku:


47

(1) Hayat simpanan praktikal (Practical storage life, PSL)Adalah jangkamasa simpanan sejukbeku yang mana ciri produk masih kekal dan produk masih boleh dimakan atau diguna.

CONTINUE:


48

(2) Hayat kualiti tinggi (High quality life)

Adalah jangkamasa simpanan dari mula disejukbeku sehingga terdapat pada produk perbezaan signifikan (p<0.01) berbanding kualiti awal sebagaimana ditentukan dengan penilaian deria.

CONTINUE:


49

Perbezaan signifikan ini dinamakan perbezaan tampak (Just noticeable difference, JND).

Untuk ujian segitiga (rasa, bau dan visual), JND ditentukan apabila 70% ahli panel tentukan produk itu berbeza daripada kawalan.

CONTINUE:


50

Kawalan adalah produk yang disimpan di dalam keadaan yang diketahui tidak menjejaskan kualiti semasa jangkamasa simpanan.

Kebiasaannya, keadaan simpanan untuk kawalan adalah -35oC.

CONTINUE:

Business

OUM-NESTLE 2008 1