1/14/2014

1

TEKNOLOGI PROSES EKSTRUSI

Tujuan Instruksional Khusus :- Mahasiswa mampu menjelaskan

teknologi proses ekstrusi pada bahanpangan.

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 layakjual

bumbu

Tepunglain

Tepung gorenginstan

Bentuk-bentuk produk ekstrusi yang populer

1/14/2014

2

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

PENGERTIAN EKSTRUSI

• Ekstrusi adalah proses dimana bahan dipaksa mengalirdi bawah pengaruh satu atau lebih kondisi operasiseperti pencampuran (mixing), pemanasan danpemotongan (shear), melalui suatu cekatan (die) yangdirancang untuk membentuk hasil ekstrusi yangbergelembung 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

1/14/2014

3

Proses Ekstrusi Proses Menggembungnya produk pada ekstruder

• Prinsip kerja alat extruder hampir sama untuk semua typeyaitu : 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 akanmemenuhi barrel dan ruangan diantara barrel dan screw akanterkompresi

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

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

Pemanasan menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dengan cepat bahan pangan dilewatkan ke bagian barrel yang mempunyaipengaliran 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 airnyatelah keluar dalam bentuk uap air.

• Fungsi pengekstrusi :Gelatinisasi/pemasakanPemotongan molekulerPencampuranSterilisasiPembentukanPenggelembungan/pengeringan (puff-

dry)

1/14/2014

4

• 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 andpuffed breakfast cereals, soup andbeverage bases. Instant drinks,weaning foods, pre-gelantinisedand modified starches, dextrins,crispbread and croutons, pastaproducts, pre-cooked compositeflour

Sugar-based product Chewing gum, liquorice, toffee,caramel, peanut brittle, fruit gums

Protein-based product Texturized vegetable protein (TVP),semi-moist and expanded petfoodsand animal feeds and proteinsupplements, sausage product, hotdogs, surimi, caseinates, processedcheese

• Produk ektrusi dapat diolah lebih lanjut dengan carapengeringan, penggorengan atau pengemasan, sertadapat dicoating atau enrobing.

• Cold extrussion digunakan untuk pencampuran danpembentukan bahan seperti pada pasta dan produkdaging.

• Extrusi tekanan rendah pada suhu < 100oC digunakanuntuk menghasilkan liquorice, fosh pastes, surimi andpet foods.

Keuntungan proses extrusi :

• VersatilityAneka produk dengan alat yang sama

o Variasi bahan bakuo Variasi kondisi proseso Variasi die (pencetak)

Produk ½ jadi produk baruo Pati termodifikasio Meat analog/extender

• Reduced cost

Keuntungan proses ekstrusi………………………..

• High production rates and automated productionProduktivitas tinggi

o Sistem kontiniuo Butuh ruang kecilo Butuh energi rendah

• Product qualityKualitas produk tinggi

o HTST kerusakan nutrisi rendahdaya cerna tinggigelatinisasi & denaturasiantinutrisi rusak

• No process effluentsCinta lingkungan

1/14/2014

5

KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI

1. Badan Ekstruder & perlengkapan :o Badan penyanggao Motoro Pengatur kecepatan, air dll

2. Feedero Hopperso Feeder : vibrator, auger, belto Tangki cairano Feeder cairano Mixero preconditioner

KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI ………….

3. Extrusion Screw :o Feed Section : 10-25% dari panjang Screwo Compression Section : 50% dari panjang Screw

(Granular : plastis dan amorphous)o Metering Section

- bagian terkritis- mixing- energi gesekan tinggi masak

4. Barel5. Extrudate discharge

- die- pisau, dll

FeedHopper

Cooling waterJacket

Barrel SteamJacket Pressure

Transducer

Die

DischargeThermocouple

BreaketPlate

Barrel WithHardened Liner

Drive, GearReducer & ThrustBearing

Gambar. Penampang melintang Food Extruder

1/14/2014

6

Gambar. Berbagai Variasi Screwdan Barrel

Single screw extruder

Twin screw extruder (Corotating) Twin screw extruder (Counterrotating)

1/14/2014

7

Contoh 2 Tipe Die Pada Ekstruder

1/14/2014

8

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

1/14/2014

9

SYARAT BAHAN BAKU

1. Ekstruder Ulir tunggal• Berasan atau• Yang lebih besar

2. Ekstruder Ulir Ganda (intermeshing & Co-rotating)• tepung• Berasan• Biji

Klasifikasi Secara Umum Bahan Mentah Yang DigunakanPada Proses Ekstrusi

No Deskripsi Bahan Mentah1 Bahan-bahan pembentuk struktur Biji-bijian, kentang dan turunannya,

protein nabati, gluten dan bahan-bahan lain yang hampir sama

2 Bahan-bahan sebagai faseterdispersi

Berbagai macam protein, ekstrak,serat, selulosa

3 Bahan Pengental Air, minyak, emulsifier4 Bahan Pengembang Baking powder dan bahan

pengembang lainnya5 Bahan Penambah Flavor Garam, gula, bumbu-bumbu, flavor

tambahan6 Bahan Pewarna Susu bubuk, gula pereduksi, protein-

protein, pewarna alami, sintetik

Sumber : Frame, 1994

KEMUNGKINAN KOMBINASI PENGGUNAAN BAHAN BAKU DAN BAHANSUPLEMEN UNTUK PRODUK EKSTRUSI

Bahan Baku Bahan Suplemen

Sumber Karbohidrat Sumber Protein

Menir & BerasSagu

BekatulTepung Ubi KayuTepung Ubi Jalar

JagungTepung Umbi-umbian

IkanKedeleKacang TanahKacang MerahKacang HijauKacang ToloKecipir

1/14/2014

10

PERUBAHAN

I. FEEDER

Kemampuan volume angkut = q

eW

WHDNHDq

tantan

tantan)(2

q= kecepatan dorong (volume)D = diameter screwN = kecepatan screwH = kedalaman flightW = jarak antar flighte = 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

1/14/2014

11

PERUBAHAN PENTING PADA EKSTRUSI

• Gelatinisasi :Pati meleleh (plastis) dapat dibentuk & direstrukturisasi

• 4 syarat terjadinya gelatinisasi :1. energi2. Air3. Waktu4. 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 EKSTRUDERyang menentukan texturisasi

1. Pengendalian kadar air & penentuan titik kritis penambahan air2. Pengendalian suhu3. Pemilihan ingradien & campuran4. Pengendalian pH ingradien campuran5. Pemilihan komponen ekstruder6. Bentuk dan ukuran die7. Laju aliran bahan (flowrate)

- pengaturan input- pengaturan rpm ulir- pemilihan die

1/14/2014

12

KOMPONEN YANG MEMPENGARUHI MUTU PRODUK :

1. AIR2. PROTEIN3. KARBOHIDRAT4. LEMAK

SUPLEMEN ZAT GIZI :- Kacang-kacangan (protein)

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. Prosespembuatanproduk ekstrusi

Gambar. Proses produksi danneraca massa

1/14/2014

13

FLAVOURING FOR EXTRUDED SNACK FOODS

• Flavouring types and forms tested out :1. Suspension of powdered cheese in oil2. 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 oil5. Suspension of soup stock in oil such as mushroom, romatoes, mixed

vegetables, cream of chicken, etc6. Suspension of mixture of spices and oleoresins in oils7. Suspension of mixture of spices and powdered flavours in oil8. Suspension of a mixture of flavours and its raw components in oil, e.g.

prawn flavour and grounded fresh prawn9. Solution of natural animal fat and oil flavours10. Direct incorporation in feed, e.g. fish and prawn11. Gravy and curry12. Concentrated solution of honey13. Syrups and cordials14. 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 powderso Spray-oil flavor liquid blendso Use encapsulated flavors for half-productso Borrow and modify breakfast foods technology

• In-situ integated flavor developmento Maillard type flavorso 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

1/14/2014

14

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 untukpendinginan

• 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 dengansuhu dan tekanan tinggi PIZZA

2.Meat analog berlapis-lapis seratnya seperti dagingsapi multiple extrusi dengan die berpendingin

1/14/2014

15

TEXTURATED PLANT PROTEINS……………..

• Metode texturisasi : Metode perajutan/pemintalan (Fiber spinning)

Konsentrat protein dalam basa pompa penambahan asampemotonganpenambahan flavor/fat + binder (albumin) extruder/dipanaskan meat analog

Extruder Texturisasi dengan uap Texturisasi dengan tekanan

Bahan dengan ka 40%, dipanaskan dengan suhu 150oC padatekanan 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)

Texturized Plant Protein