1/22/2013

1

TEKNOLOGI PROSES EKSTRUSI

Tujuan Instruksional Khusus :

- Mahasiswa mampu menjelaskan teknologi proses ekstrusi pada bahan pangan.

SEJARAH

• Berkembang dari : Teknologi Aluminium dan plastik

• Teknologi daging : gilingan daging

• 1900 teknologi makaroni

• 1930 single screw extruder pasta

• 1930 : General Mills Inc. RTE (Ready to Eat) Cereal

• 1936 : Adam Corp : Extruder Corn Colltes (High Shear)

- No energi dari luar (Autogenous)

- Mulai berkembang 1946

• 1940 : extruder untuk pakan

- Kadar air mulai diatur

- Suhu barel

- dll

• Di atas tahun 1950-an banyak diaplikasikan dalam industri pangan

• 1960 : A Fast Moving Technology

• 1970 : A Wonderkind of Modern Food Processing

PRODUK FABRIKASI

GENERASI I :

• Keripik kentang

• Kerupuk konvensional

• Dll

GENERASI II : PRODUK EKSTRUSI

• Puffed (Chicki, Jetz, Chitoss dll)

• Makanan sarapan (cereal flakes, dll)

• Makanan bayi (modified cereal flour)

• Pasta (makaroni, dll)

POPULER :

Bentuk :

bola, cincin, batang dll

Flavor :

keju, mentega, pizza,

ayam bakar dll

TEPUNG GORENG INSTAN

Ekstrudat tidak layak

jual

bumbu

Tepung

lain

Tepung goreng

instan

PENGERTIAN EKSTRUSI

• Ekstrusi adalah proses dimana bahan dipaksa mengalir di bawah pengaruh satu atau lebih kondisi operasi seperti pencampuran (mixing), pemanasan dan pemotongan (shear), melalui suatu cekatan (die) yang dirancang untuk membentuk hasil ekstrusi yang bergelembung kering (puff-dry)

• Berdasarkan cara kerjanya alat pengekstruksi (Extruder) dibedakan

atas : - Cold Extruder

- Extruder-cookers

• Berdasarkan konstruksinya extruder dibedakan atas : - Single-screw extruders (extruder ulir tunggal)

- Twin-screw extruder (extruder ulir ganda)

PROSES EKSTRUSI

panas

Penekanan

& panas

1/22/2013

2

• Prinsip kerja alat extruder hampir sama untuk semua type yaitu : bahan mentah dimasukkan ke dalam laras (barrel) ulir (screw) akan membawa bahan tersebut sepanjang laras

Di ujung laras, pengaliran yang lebih kecil membatasi volume dan meningkatkan daya tahan bahan untuk bergerak bahan akan memenuhi barrel dan ruangan diantara barrel dan screw akan terkompresi

Ketika bahan melewati laras, ulir akan mengadoni bahan sehingga menjadi massa yang semi-padat dan plastis.

Jika bahan dipanaskan > 100oC maka prosesnya disebut Extrussion Cooking (Hot Extrussion)

Pemanasan menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dengan cepat bahan pangan dilewatkan ke bagian barrel yang mempunyai pengaliran lebih kecil sehingga tekanan meningkat

Pada ujung barel terdapat die

Ketika bahan keluar dari die dengan pengaruh tekanan maka terjadi pengembangan ukuran dan pendinginan karena airnya telah keluar dalam bentuk uap air.

• Fungsi pengekstrusi :

Gelatinisasi/pemasakan

Pemotongan molekuler

Pencampuran

Sterilisasi

Pembentukan

Penggelembungan/pengeringan (puff-dry)

• Berbagai bentuk produk ekstrusi : batang, bulat, donut, tube, strips

• Tabel 1. Contoh-contoh produk ekstrusi

Type of product Examples

Ceral-based product Expanded snackfoods, RTE and

puffed breakfast cereals, soup and beverage bases. Instant drinks,

weaning foods, pre-gelantinised

and modified starches, dextrins, crispbread and croutons, pasta

products, pre-cooked composite

flour

Sugar-based product Chewing gum, liquorice, toffee,

caramel, peanut brittle, fruit gums

Protein-based product Texturized vegetable protein (TVP),

semi-moist and expanded petfoods and animal feeds and protein

supplements, sausage product, hot

dogs, surimi, caseinates, processed cheese

• Produk ektrusi dapat diolah lebih lanjut dengan cara pengeringan, penggorengan atau pengemasan, serta dapat dicoating atau enrobing.

• Cold extrussion digunakan untuk pencampuran dan pembentukan bahan seperti pada pasta dan produk daging.

• Extrusi tekanan rendah pada suhu < 100oC digunakan untuk menghasilkan liquorice, fosh pastes, surimi and pet foods.

Keuntungan proses extrusi :

• Versatility Aneka produk dengan alat yang sama

o Variasi bahan baku o Variasi kondisi proses o Variasi die (pencetak)

Produk ½ jadi produk baru o Pati termodifikasi o Meat analog/extender

• Reduced cost

Keuntungan proses ekstrusi………………………..

• High production rates and automated production Produktivitas tinggi

o Sistem kontiniu o Butuh ruang kecil o Butuh energi rendah

• Product quality Kualitas produk tinggi

o HTST kerusakan nutrisi rendah daya cerna tinggi gelatinisasi & denaturasi antinutrisi rusak

• No process effluents Cinta lingkungan

1/22/2013

3

KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI

1. Badan Ekstruder & perlengkapan :

o Badan penyangga

o Motor

o Pengatur kecepatan, air dll

2. Feeder

o Hoppers

o Feeder : vibrator, auger, belt

o Tangki cairan

o Feeder cairan

o Mixer

o preconditioner

KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI ………….

3. Extrusion Screw :

o Feed Section : 10-25% dari panjang Screw

o Compression Section : 50% dari panjang Screw

(Granular : plastis dan amorphous)

o Metering Section

- bagian terkritis

- mixing

- energi gesekan tinggi masak

4. Barel

5. Extrudate discharge

- die

- pisau, dll

Feed

Hopper

Cooling water

Jacket

Barrel Steam

Jacket Pressure Transducer

Die

Discharge Thermocouple

Breaket

Plate

Barrel With

Hardened Liner

Drive, Gear Reducer & Thrust

Bearing

Gambar. Penampang melintang Food Extruder

Gambar. Berbagai Variasi Screw

dan Barrel

EKSTRUDER

• ESTRUDER ULIR TUNGGAL

Operasi sederhana

Tidak disertai injektor uap/air

Kecepatan ulir (rpm) tinggi

Suhu ekstrusi relatif tetap

• EXTRUDER ULIR GANDA

Laras dilengkapi jaket pemanas dan atau pendingin (dapat diganti)

Dilengkapi pengukur suhu

Dilengkapi lubang injeksi air/uap

Ruang kondisioning dilengkapi injektor bahan cair

Ulir bekerja saling membersihkan

Ruang ulir sinambung dan arah berputar

Double Screw Extruder

1/22/2013

4

SYARAT BAHAN BAKU

1. Ekstruder Ulir tunggal

• Berasan atau

• Yang lebih besar

2. Ekstruder Ulir Ganda (intermeshing & Co-rotating)

• tepung

• Berasan

• Biji

KEMUNGKINAN KOMBINASI PENGGUNAAN BAHAN BAKU DAN BAHAN

SUPLEMEN UNTUK PRODUK EKSTRUSI

Bahan Baku Bahan Suplemen

Sumber Karbohidrat Sumber Protein

Menir & Beras

Sagu

Bekatul

Tepung Ubi Kayu

Tepung Ubi Jalar

Jagung

Tepung Umbi-umbian

Ikan

Kedele

Kacang Tanah

Kacang Merah

Kacang Hijau

Kacang Tolo

Kecipir

PERUBAHAN

I. FEEDER

Kemampuan volume angkut = q

eW

WHDNHDq

tantan

tantan)(2

q= kecepatan dorong (volume)

D = diameter screw

N = kecepatan screw

H = kedalaman flight

W = jarak antar flight

e = lebar flight

= sudut kemiringan flight (optimum 10-20o)

PERUBAHAN……………

II. TRANSITION SECTION

• Bentuk granular plastis (adonan)

• Proses yang terjadi :

Hidrasi dan denaturasi protein

Hidrasi, gelatinisasi dan dekstrinasi pati

Browning (Asam amino + gula)

Denaturasi enzim

Kerusakan vitamin

Destruksi mikroorganisme

Minyak

Viskositas adonan meningkat

• Akibat dekstrinasi :

Kelarutan meningkat : Lengket dimulut (hindari coating dengan minyak)

Mudah menyerap air melempem, lembek

PERUBAHAN YANG TERJADI SELAMA PROSES EKSTRUSI

1. Restrukturisasi Bahan Elastis/Plastis

+ H2O

Pati Gelatinisasi Produk kering + H2O

(kekentalan

adonan )

Protein Denaturasi Produk kering

(liat, mampu

memperangkap gas)

PERUBAHAN YANG TERJADI SELAMA PROSES EKSTRUSI

2. Hilangnya zat Gizi (antitripsin)

• Daya cerna meningkat

• Berkembangnya citarasa

• Kelarutan N-protein rendah

Jika terlalu banyak protein :

- terlalu elastis

- tekstur chewy

Jika terlalu banyak minyak/lemak :

- pengembangan rendah

1/22/2013

5

PERUBAHAN PENTING PADA EKSTRUSI

• Gelatinisasi :

Pati meleleh (plastis) dapat dibentuk & direstrukturisasi

• 4 syarat terjadinya gelatinisasi :

1. energi

2. Air

3. Waktu

4. Gesekan

SUMBER PANAS PADA EKSTRUDER

a. Jaket Pemanas ----------------- Konduksi

(dengan uap super-panas)

b. Perputaran Ulir ---------------- Konversi

(gesekan antar bahan)

c. Uap panas langsung --------- Konveksi

yang disuntikkan pada laras

KONDISI OPERASIONAL EKSTRUDER yang menentukan texturisasi

1. Pengendalian kadar air & penentuan titik kritis penambahan air

2. Pengendalian suhu

3. Pemilihan ingradien & campuran

4. Pengendalian pH ingradien campuran

5. Pemilihan komponen ekstruder

6. Bentuk dan ukuran die

7. Laju aliran bahan (flowrate)

- pengaturan input

- pengaturan rpm ulir

- pemilihan die

KOMPONEN YANG MEMPENGARUHI MUTU PRODUK :

1. AIR

2. PROTEIN

3. KARBOHIDRAT

4. LEMAK

SUPLEMEN ZAT GIZI :

- Kacang-kacangan (protein)

Faktor yang mempengaruhi derajat pengembangan

• Kandungan air bahan awal

• Waktu tinggal adonan di dalam ekstruder (Residence

time)

• Ukuran partikel sereal

• Adanya garam pengembangan ↓

• Parameter operasi

Penambahan pewarna tidak disarankan karena rusak oleh

panas atau terjadi reaksi kimia selama proses

1/22/2013

6

AIR (KADAR AIR)

• Fungsi :

- pereaksi

- penurun panas

- lubricant

- medium pengembangan

pengaruh

1. Viskositas rendah, jika kadar air tinggi

2. Kadar air tinggi maka panas spesifik tinggi (perlu panas banyak)

3. Kadar air tinggi maka gelatinisasi tinggi

4. Kadar air tinggi maka kadar air produk tinggi

5. Kadar air tinggi, maka daya kembang tinggi

6. Produk (mutu dan struktur)

Gambar. Proses

pembuatan produk ekstrusi

Gambar. Proses produksi dan

neraca massa

FLAVOURING FOR EXTRUDED SNACK FOODS

• Flavouring types and forms tested out :

1. Suspension of powdered cheese in oil

2. Suspension of powdered artificial flavours in oil. Flavours are made from hydrolysed vegetable proteins such as chicken, meat, barbeque etc.

3. Suspension of powdered flavours in oil such as fish, prawn and clams.

4. Suspension of chicken and beef stock in oil

5. Suspension of soup stock in oil such as mushroom, romatoes, mixed vegetables, cream of chicken, etc

6. Suspension of mixture of spices and oleoresins in oils

7. Suspension of mixture of spices and powdered flavours in oil

8. Suspension of a mixture of flavours and its raw components in oil, e.g. prawn flavour and grounded fresh prawn

9. Solution of natural animal fat and oil flavours

10. Direct incorporation in feed, e.g. fish and prawn

11. Gravy and curry

12. Concentrated solution of honey

13. Syrups and cordials

14. Suspension of powdered fruit drinks and their essences in oil such as orange, mango, pineapple, cherry, strawberry, etc.

SNACK FOOD FLAVORS AND FLAVORING (Oil, Gums, Coatings, Spices, Seasonings)

• Flavors and shapes differentiate products

• Backgroun flavor is cereals and legumes

• Selected flavors must be complementary

• Pre-flavor product must be below 2% in moisture

• Product fines must be removed

• Application modes :

o Spray oils then dust flavor powders

o Spray-oil flavor liquid blends

o Use encapsulated flavors for half-products

o Borrow and modify breakfast foods technology

• In-situ integated flavor development

o Maillard type flavors

o Seafood, meat, vegetable flavors

PARAMETER MUTU PUFFED SNACK

• Rasio pengembangan :

diameter produk

Rp = x 100%

diameter die

• Indeks Absorpsi Air (WAI) dan Indeks Kelarutan dalam Air (WSI)

• Derajat gelatinisasi

• Derajat penyerapan minyak

1/22/2013

7

PARAMETER MUTU PUFFED SNACK………...

• Indeks Absorbsi Air dan Indeks Kelarutan dalam Air :

3 gr contoh (A) dimasukkan ke dalam wadah yang telah diketahui beratnya (C)

ditambah dengan 30 ml air dan disentrifuse selama 20’ dengan kecepatan 2000 rpm

Supernatan dibuang dan tabung ditimbang (B)

Untuk pengukuran WSI maka 2 ml supernatan di keringkan dengan oven suhu 100oC

(Berat sampel + Air yang terserap) – berat sampel B-A-C

WAI = =

Berat sampel A

½ (volume supernatan) (Berat kering)

WSI =

berat sampel

TEKNOLOGI EKSTRUSI MAKARONI

• Asal : Cina, dibawa ke Eropa oleh Marcopolo

• S/d abad ke-20 dibuat secara manual dengan alat bernama

GAMOLA

• Tahun 1935 ditemukan Single-Screw untuk pembuatan makaroni

• Pembuatan makaroni dengan sistem ekstrusi :

Murah

Kontiniu

Variasi bentuk/ukuran (panjang = spagheti, pendek = soup)

Tahan lama

hygienis

TEKNOLOGI EKSTRUSI MAKARONI…………

• Barrel dengan double jacket yang dapat diisi air untuk

pendinginan

• Suhu proses ± 50oC

• Pre drying 45oC ±30-40% AIR HILANG

- Bentuk stabil pengerasan kulit luar

• Drying

- Sangat kritis (cepat pecah, lambat mikroorganisme)

- 40 – 50o C

TEXTURATED PLANT PROTEINS

• By product industri minyak (kedelai)

• Mempunyai textur, penampakan dan rasa/aroma seperti daging

• Ada 2 jenis :

1.Meat extender oleh single screw extruder dengan suhu dan tekanan tinggi PIZZA

2.Meat analog berlapis-lapis seratnya seperti daging sapi

multiple extrusi dengan die berpendingin

TEXTURATED PLANT PROTEINS……………..

• Metode texturisasi :

Metode perajutan/pemintalan (Fiber spinning)

Konsentrat protein dalam basa pompa penambahan asam

pemotonganpenambahan flavor/fat + binder (albumin)

extruder/dipanaskan meat analog

Extruder

Texturisasi dengan uap

Texturisasi dengan tekanan

Bahan dengan ka 40%, dipanaskan dengan suhu 150oC pada

tekanan 2.5 atm

TEXTURATED PLANT PROTEINS………………

• Bahan :

Tepung kedelai (deffated) : protein > 50%, serat < 3%, lemak ± 1%

Air + aditif lainnya (NaCl 3%, lesitin dll) kadar air adonan 20-40%

Atur pH adonan (opt : 6.5 – 7.5), batas : minimum 5.5, maksimum 8.5

Sulfur : 100-5000 ppm

• Proses :

Preconditioning 60-90oC

(Pada tahap ini bahan-bahan ditambahkan)

Extrusi 150-200oC, tekanan 17-60 atm (waktu proses : 20-60 menit) produk

Drying : dari ka 18-24% menjadi 6-8%

- Bahan mengeras dan berkerut

- suhu 130oC

Hidrasi/rehidrasi

- pada air panas ± 15menit

- jumlah air 2-6 kali (berat akhir : berat awal)

1/22/2013

8

Texturized Plant Protein