Pembekuan

1.1. Tentang Pembekuan

Pembekuan merupakan suatu cara pengawetan bahan pangan dengan cara membekukan bahan pada suhu di bawah titik beku pangan tersebut. Sehingga dengan membekunya sebagian kandungan air bahan atau dengan terbentuknya es (ketersediaan air menurun), maka kegiatan enzim dan jasad renik dapat dihambat atau dihentikan sehingga dapat mempertahankan mutu bahan pangan. Menurut Tambunan (1999), pembekuan berarti pemindahan panas dari bahan yang disertai dengan perubahan fase dari cair ke padat, dan merupakan salah satu proses pengawetan yang umum dilakukan untuk penanganan bahan pangan.

Mutu hasil pembekuan masih mendekati bahan pangan yang segar walaupun tidak dapat dibandingkan dengan mutu hasil pendinginan. Pembekuan dapat mempertahankan rasa dan nilai gizi bahan pangan yang lebih baik daripada metoda lain, karena pengawetan dengan suhu rendah (pembekuan) dapat menghambat aktivitas mikroba mencegah terjadinya reaksi-reaksi kimia dan aktivitas enzim yang dapat merusak kandungan gizi bahan pangan. Walaupun pembekuan dapat mereduksi jumlah mikroba yang sangat nyata tetapi tidak dapat mensterilkan makanan dari mikroba. maka dapat disimpulkan bahwa proses pengawetan dengan cara pembekuan didasarkan atas dua buah prinsip, yakni :

1.      Suhu yang sangat rendah yang berfungsi menghambat pertumbuhan mikroorganisme dan memperlambat aktivitas enzim dan reaksi kimiawi.

2.      Pembentukan kristal es yang menurunkan ketersediaan air bebas di dalam pangan sehingga pertumbuhan mikroorganisme terhambat.

Pada proses pembekuan, penurunan suhu akan menurunkan aktifitas mikroorganisme dan sistem enzim, sehingga mencegah kerusakan bahan pangan. Selain itu, kristalisasi air akibat pembekuan akan mengurangi kadar air bahan dalam fase cair di dalam bahan pangan tersebut sehingga menghambat pertumbuhan mikroba atau aktivitas sekunder enzim. Proses pembekuan terjadi secara bertahap dari permukaan sampai pusat bahan. Pada pemukaan bahan, pembekuan berlangsung cepat sedangkan pada bagian yang lebih dalam, proses pembekuan berlangsung lambat. Pada awal proses pembekuan, terjadi fase precooling dimana suhu bahan diturunkan dari suhu awal ke suhu titik beku. Pada tahap ini semua kandungan air bahan berada pada keadaan cair. Setelah tahap precooling terjadi tahap perubahan fase, pada tahap ini terjadi pembentukan kristal es.

1.1.1.       Titik Beku Bahan Pangan

Sel-sel hidup banyak mengandung air, sering kali sampai dua pertiga atau lebih dari jumlah beratnya. Di dalam medium ini banyak terlarut senyawa organic dan anorganik, termasuk garam, gula, dan asam dalam bentuk larutan, juga termasuk molekul organic yang lebih kompleks seperti protein dalam bentuk suspensi koloidal. Sedikit banyak juga terdapat gas-gas yang terlarut dalam larutan yang berair. Perubahan-perubahan fisik, kimia dan biologis yang terjadi di dalam bahan pangan selama pembekuan dan pencairan merupakan proses yang sangat kompleks dan belum seluruhnya diketahui. Titik beku suatu cairan adalah suhu di mana cairan tersebut dalam keadaan seimbang dengan bentuk padatnya. Suatu larutan dengan tekanan uap yang lebih rendah dari zat pelarut murni tidak akan seimbang dengan zat pelarut yang padat pada titik beku normalnya.. Sistem tersebut harus didinginkan sampai suhu dimana larutan dan zat pelarut yang padat mempunyai tekanan yang sama.

Titik beku suatu larutan adalah lebih rendah daripada zat pelarut murni. Titik beku bahan pangan adalah lebih rendah daripada air murni. Bilamana suatu cairan menguap, molekul-molekul yang lepas memberikan suatu tekanan yang dikenal dengan tekanan uap. Tekanan total dari suatu system akan sama dengan tekanan parsial dari tekanan tersebut. Penambahan zat terlarut yang bersifat tidak menguap (gula) ke dalam air akan menurunkan tekanan uap air dari larutan gula dalam air, dan titik beku larutan tersebut akan menjadi lebih rendah daripada air murni. Oleh karena kebanyakan bahan pangan kandungan airnya tinggi maka kebanyakan pangan akan membeku pada suhu antara 32o dan 25o.F. Selama berlangsung pembekuan suhu bahan pangan tersebut relatif tetap sampai sebagian besar dari bahan pangan tersebut membeku, dan setelah beberapa waktu suhu akan mendekati medium pembeku.

1.1.2.      Laju Pembekuan

Salah satu pertimbangan pemilihan suatu proses dalam industri pembekuan pangan beku adalah laju pembekuan. Laju pembekuan tidak saja menentukan struktur akhir produk beku, tetapi juga mempengaruhi lama pembekuan (Heldmandan Singh, 1981). Menurut Lembaga Refrigerasi International (1971), laju pembekuan suatu massa pangan adalah ratio antara jarak minimal antara permukaan dengan titik pusat termal dibanding dengan waktu yang diperlukan oleh produk pangan mencapai suhu 0 oC pada permukaan bahan sampai mencapai suhu -5 ^oC pada pusat termal bahan. Salah satu variasi terhadap definisi Lembaga Refrigerasi International ialah Thermal Arrest Time (TAR). Menurut definisi ini, laju pembekuan ialah pengukuran waktu yang dibutuhkan titik yang paling lambat membeku pada produk, untuk menurunkan suhu dari 0 oC menjadi –5 ^oC. Sedangkan Heldman dan Singh (1981) mengatakan laju pembekuan ialah Pengukuran waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu produk pada titik yang paling lambat menjadi dingin atau beku, dihitung dari saat tercapainya titik beku awal sampai tercapainya tingkat suhu yang diinginkan di bawah titik beku produk tersebut. Meskipun disadari bahwa definisi ini tidak terlepas dari kekurangan, agaknya masih merupakan kompromi terbaik bila dibandingkan dengan keunggulan dan kelemahan definisi lain. (Heldman dan Singh, 1981).

Laju pembekuan dapat diatur dan sangat menentukan sifat dan mutu produk beku yang dihasilkan. Sifat produk yang diakibatkan oleh pembekuan yang sangat cepat sangat berbeda dari produk yang dihasilkan dari pembekuan lambat. Pembekuan yang sangat cepat akan menghasilkan kristal es yang kecil tersusun secara merata pada jaringan. Sedangkan pembekuan lambat akan menyebabkan terbentuknya kristal es yang besar yang tersusun pada ruang antar sel dengan ukuran pori yang besar. Dari segi kecepatan berproduksi, pembekuan secara sangat cepat dianggap menguntungkan, selama mutu produk yang dihasilkan tidak dikorbankan (Heldman dan Singh, 1981).

King (1971) membagi laju pembekuan ke dalam 3 golongan yaitu ; (1). Pembekuan lambat, jika waktu pembekuan adalah 30 menit atau lebih untuk 1 cm bahan yang dibekukan, (2). Pembekuan sedang , jika waktu pembekuan adalah 20- 30 menit atau lebih untuk 1 cm bahan yang dibekukan dan, (3). Pembekuan cepat, jika waktu pembekuan adalah kurang dari 20 menit untuk 1 cm bahan yang dibekukan. Pembekuan cepat didefinisikan oleh mereka yang menganut teori kristalisasi cepat sebagai proses dimana suhu bahan pangan tersebut melampaui zona pembekuan kristal maksimum (32^o sampai 25^oF) dalam waktu 30 menit atau kurang. Prinsip dasar dari semua pembekuan cepat adalah cepatnya pengambilan panas dari bahan pangan. Metode ini meliputi pembekuan dalam hembusan cepat udara dingin, dengan imersi langsung bahan pangan ke dalam medium pendingin, dengan jalan persinggungan plat-plat pendingin dalam ruang pembekuan, dan dengan pembekuandengan udara, nitrogen, karbondioksida cair.

1.3.  Metode Pembekuan

Di industri pangan, telah dikembangkan metode pembekuan untuk mempercepat proses pembekuan yang memungkinkan produk membeku dalam waktu yang pendek. Pembekuan cepat atau pembekuan dalam waktu yang singkat akan menghasilkan kristal es berukuran kecil sehingga akan meminimalkan kerusakan tekstur bahan yang dibekukan. Selain itu, proses pembekuan cepat juga menyebabkan terjadinya kejutan dingin (freeze shock) pada mikroorganisme dan tidak terjadi tahap adaptasi mikroorganisme dengan perubahan suhu sehingga mengurangi resiko pertumbuhan mikroorganisme selama proses pembekuan berlangsung. Tiga metode pembekuan cepat yang umum dilakukan adalah:

1.      Pembekuan dengan penggunaan udara dingin yang ditiupkan atau melalui gas lain dengan suhu rendah kontak langsung dengan makanan, misalnya dengan alat-alat pembeku tiup (blast), terowongan (tunnel), bangku fluidisasi (fluidised bed), spiral, tali (belt) dan lain-lain.

2.      Pembekuan dengan alat pindah panas tipe gesekan (scraped heat exchanger): produk (misalnya ice cream) dibekukan dengan metode ini untuk mengurangi pembentukan kristal es berukuran besar. Produk digesekkan pada permukaan pendingin dan kemudian segera dibawa menjauh. Proses ini dilakukan secara berulang.

3.      Pembekuan kriogenik (cryogenic freezing) dimana nitrogen cair (atau karbon dioksida) disemprotkan langsung pada bahan-bahan pangan berukuran kecil seperti udang atau strawberry. Karena cairan nitrogen dan karbon dioksida mempunyai suhu beku yang sangat rendah (berturut-turut -196^oC dan -78^oC) maka proses pembekuan akan berlangsung spontan.

Metoda pembekuan yang dipilih untuk setiap produk tergantung pada :

1.      Mutu produk dan tingkat pembekuan yang didinginkan .

2.      Tipe dan bentuk produk , pengemasan , dan lain-lain.

3.      Fleksibilitas yang dibutuhkan dalam operasi pembekuan.

4.      Biaya pembekuan untuk teknik alternatif.

Nitrogen cair (titik didih –196^oC) dan bahan pendingin bersuhu rendah lainnya telah menjadi sangat penting akhir-akhir ini sehubungan dengan perannya dalam pembekuan makanan secara cepat (rapid freezing), di mana teknik pembekuan lainnya menghasilkan mutu yang rendah pada produk akhir. Perendaman langsung ke dalam cairan nitrogen telah diganti dengan system penyemprotan langsung pada makanan yang telah didinginkan terlebih dahulu oleh uap nitrogen yang bergerak berlawanan dengan aliran makanan dalam terowongan berisulator yang lurus atau berbentuk spiral. Walaupun biaya operasi dengan menggunakan nitrogen cair ini lebih tinggi. Cara ini mengurangi oksidasi permukaan makanan yang tidak dikemas dan hilangnya air dari bahan pangan tersebut, dan keluwesan cara ini memungkinkan pembekuan untuk berbagai jenis bahan pangan.

1.4. Pengaruh dari Pembekuan

 a.      Pengaruh Pembekuan terhadap Jaringan

Makanan tidak mempunyai titik beku yang pasti, tetapi akan membeku pada kisaran suhu tergantung pada kadar air dan komposisi sel. Kurva suhu – waktu pembekuan umumnya menunjukkan garis datar (plataeau) antara 0^oC dan 5^oC berkaitan dengan perubahan (fase) air menjadi es, kecuali jika kecepatan pembekuan sangat tinggi. Telah ditunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk melampaui daerah pembekuan ini mempunyai pengaruh yang nyata pada  mutu beberapa makanan beku. Umumnya telah diketahui bahwa pada tahapan ini terjadi kerusakan sel dan struktur yang irreversible yang mengakibatkan mutu menjadi jelek setelah pencairan, terjadi khususnya sebagai hasil pembentukan kristal es yang besar dan perpindahan air selama pembekuan dari dalam sel ke bagian luar sel yang dapat mengakibatkan kerusakan sel karena pengaruh tekanan osmotis. Pembekuan yang cepat dan penyimpanan dengan fluktuasi suhu yang tidak terlalu besar, akan membentuk kristal-kristal es kecil di dalam sel dan akan mempertahankan jaringan dengan kerusakan minimum pada membran sel.

b.      Pengaruh Pembekuan terhadap Mikroorganisme

Pertumbuhan mikroorganisme dalam makanan pada suhu di bawah kira-kira 12oC belum dapat diketahui dengan pasti. Jadi penyimpanan makanan beku pada suhu sekitar 18oC dan di  bawahnya akan mencegah kerusakan mikrobologis, dengan persyaratan tidak terjadi perubahan suhu yang besar. Mikroorganisme psikofilik mempunyai kemampuan untuk tumbuh pada suhu lemari es terutama di antara 0o dan 5oC. Jadi penyimpanan yang lama pada suhu-suhu ini baik sebelum atau sesudah pembekuan dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan oleh mikroba.

Walaupun jumlah mikroba biasanya menurun selama pembekuan dan penyimpanan beku (kecuali spora), makanan beku tidak steril dan acapkali cepat membusuk seperti produk yang tidak dibekukan jika suhu cukup tinggi dan lama penyimpanan pada suhu tersebut cukup lama. Pembekuan dan penyimpanan makanan beku juga mempunyai pengaruh yan nyata pada kerusakan sel mikroba. Jika sel yang rusak atau luka tersebut mendapat kesempatan menyembuhkan dirinya, maka pertumbuhan yang cepat akan terjadi jika lingkungan sekitarnya memungkinkan.

c.       Pengaruh Pembekuan terhadap Protein

Oleh karena pembekuan hanya menyebabkan sedikit perubahan nilai gizi protein, maka dimungkinkan untuk mendenaturasi protein dengan perlakukan demikian. Hal ini dapat dilihat dalam proses pendadihan bahan-bahan yang berprotein terutama selama pembekuan dan pencairan yang berulang-ulang. Walaupun nilai biologis protein yang mengalami denaturasi, sebagai bahan pangan manusia, tidak banyak berbeda dengan protein asli, kenampakan dan kualitas bahan pangan tersebut mungkin akan berubah sama sekali karena perlakuan-perlakuan yang demikian. Selama penyimpanan beku jika seandainya enzim tidak diinaktifkan, proteolisis mungkin terjadi di dalam jaringan hewan.

d.      Pengaruh Pembekuan terhadap Enzim

Aktivitas enzim tergantung pada suhu. Aktivitas enzim mempunyai pH optimum dan dipengaruhi oleh kadar substrat. Aktivitas suatu enzim atau system enzim dapat dirusakan pada suhu mendekati 200oF. Enzim masih mempunyai sebagian aktivitasnya pada suhu serendah –100oF. Walaupun kecepatan reaksinya sangat rendah pada suhu tersebut. Sistem enzim hewan cenderung mempunyai kecepatan reaksi optimum pada suhu sekitar 98oF. Sistem enzim tanaman cenderung mempunyai suhu optimum pada suhu yang sedikit lebih rendah. Pembekuan menghentikan aktivitas mikrobiologis. Aktivitas enzim hanya dihambat oleh suhu pembekuan. Pengendalian enzim yang termudah dapat dikerjakan dengan merusak dengan perlakuan pemanasan yang pendek (balansing) sebelum pembekuan dan penyimpanan.

e.      Pengaruh Pembekuan terhadap Lemak

Deteriorasi oksidatif lemak dan minyak bukanlah hal yang asing lagi pada bahan pangan. Lemak dalam jaringan ikan cenderung lebih cepat menjadi tengik daripada lemak dalam jaringan hewan. Pada suhu –10oC ketengikan yangberkembang dalam jaringan berlemak yang beku sangat berkurang. Lemak yang tengik cenderung mempunyai nilai gizi yang lebih rendah daripada lemak yang segar. Untuk mencegah proses tersebut maka proses pembekuan merupakan pencegahan yang sangat baik hampir pada semua makanan berlemak.

f.        Pengaruh Pembekuan terhadap Vitamin

Kehilangan vitamin-vitamin berlangsung terus sepanjang pelaksanaan pengolahan, misalnya selama blansing dan pencucian, pemotongan dan penggilingan. Terkenanya jaringan-jaringan oleh udara akan menyebabkan hilangnya vitamin C karena oksidasi. Umumnya kehilangan vitamin C terjadi bilamana jaringan dirusak dan terkena udara. Selama penyimpanan dalam keadaan beku kehilangan vitamin C akan berlangsung terus. Makin tinggi suhu suhu penyimpanan makin besar terjadinya kerusakan zat gizi. Dalam bahan pangan beku kehilangan yang lebih besar dijumpai terutama pada vitamin C daripada vitamin yang lain. Blansing untuk menginaktifkan enzim adalah penting untuk melindungi tidak hanya vitamin-vitamin akan tetapi juga kualitas bahan pangan beku pada umumnya.

Secara komersial sudah lama dilakukan penambahan asam askorbat pada buah-buahan sebelum pembekuan guna melindungi kualitas. Vitamin B1 peka peka terhadap panas dan rusak sebagian selama blansing untuk menginaktifkan enzim. Kehilangan lebih lanjut tetapi dalam jumlah yang lebih sedikit selama penyimpanan beku pada suhu dibawah nol pada buah-buahan, sayuran, daging, dan unggas. Selama preparasi untuk pembekuan kandungan vitamin B2 dalam bahan pangan menjadi berkurang, akan tetapi selama penyimpanan beku kerusakan zat gizi hanya sedikit atau tidak rusak sama sekali. Vitamin-vitamin yang larut dalam lemak dan karoten sebagai prekusor vitamin A selama pembekuan bahan pangan mengalamin sedikit perubahan, walaupun terjadi kehilangan selama penyimpanan. Blansing pada jaringan tanaman dapat memperbaiki stabilitas penyimpanan karoten. Penyimpanan bahan pangan dalam keadaan beku tanpa dikemas dapat menjurus ke arah terjadinya oksidasi dan perusakan sebagian besar zat gizi, termasuk vitamin.

g.      Pengaruh Pembekuan terhadap Parasit

Pembekuan bahan pangan mempunyai keuntungan dalam mematikan parasit. Contoh yang terbaik dalam hal ini kita jumpai dalam mematikan Trichinella spiralis dengan pembekuan. Penurunan suhu bahan pangan yang terkena infeksi sampai 0oF atau lebih rendah akan mematikan semua tingkatan kehidupan organisme tersebut. Bahan pangan yang dibekukan tidak cocok untuk pertumbuhan parasit dan kenyataan bahwa infestasi oleh insekta tidak pernah terjadi.

1. 5. Contoh Penerapan Pembekuan pada Pangan

1. Pembekuan pada Udang 

Udang diklasifikasikan ke dalam fhilum Arthropoda, kelas Crustaceae, dan bangsa Decapoda. Badan udang dibagi menjadi dua: chepalotorax yaitu gabungan antara kepala, dada, dan perut, bagian yang kedua yaitu ekor. Bagian kepala beratnya kurang lebih 36-41 % dan daging 24-41 % serta kulit 17-23 % dari total berat badan.

Udang merupakan salah satu produk perikanan yang istimewa, memiliki aroma yang spesifik dan memiliki nilai gizi tinggi. Udang segar adalah udang yang baru ditangkap . Ciri-ciri udang segar adalah rupa dan warna bening , sfesifikasi jenis, cemerlang, sambungan antar ruas kokoh, kulit melekat kuat pada daging. Bau segar spesifik menurut jenisnya. Bentuk daging kompak , elastis, dan rasanya manis. Udang yang rusak atau busuk ditandai dengan : rupa dan warna kemerahan dan kusam, sambungan antar ruas longgar, sudah mulai ditandai bercak-bercak hitam. Bau tidak segar, bau busuk. Proses penurunan mutu udang disebabkan oleh factor-faktor yang berasal dari badan udang itu sendiri dan factor lingkungan. Penurunan mutu udang terjadi secara autolisis, bakteriologis, dan oksidasi.

Prinsip yang dianut dalam penanganan udang adalah mempertahankan kesegaran udang selama mungkin dengan cara memperlakukan udang dengan cermat dan hati-hati; segera dan cepat mendinginkan udang sampai mencapai suhu 0ºC; memperlakukan udang secara bersih; serta selalu memperhatikan factor waktu dan kecepatan bekerja selama rantai penanganan dingin. Pada prinsipnya udang hasil tangkapan harus dilindungi dari panas, aksi pembusukan, dan pencemaran. Selama rantai penanganan udang harus dilindungi dari perembesan oleh panas ke dalam wadah atau peti.Adapun contoh penanganan yang kurang baik dan dapat menurunkan mutu udang adalah penyusunan udang yang terlalu rapat, tumpukan udang yang terlalu tinggi, dan udang tidak ditutup oleh es.

Sebagai patokan pemberian es pada udang adalah : segera setelah udang ditangkap diberi es yang cukup banyak. Banyaknya es yang diberikan tergantung kepada lamanya penyimpanan, tetapi pada umumnya perbandingan antara udang dengan es adalah 1: 1. Suhu udara senantiasa 0ºC selama perjalanan pulang dari penangkapan dan dibongkar di darat.. Masih tersisa es di sekitar udang pada saat dibongkar untuk dinaikan ke darat.

Cara penyusunan udang di kapal ada dua macam : penyusunan secara curah dan penyusunan dengan peti. Penyusunan secara curah adalah suatu penyusunan atau penyimpanan udang dengan es di dalam kerangka kandang yang biasanya dibuat dengan cara memasang papan lepas ke arah atas kerangka penyangga vertical dalam palka kapal. Masalah utama dari penyusunan udang secara curah adalah kesukaran membongkar udang pada saat pendaratan, penanganan berlangsung lambat, tenaga kerja banyak, dan kerusakan udang tinggi.

Keuntungan cara penyusunan udang dengan pemetian adalah mutu udang yang didaratkan akan lebih baik daripada metode susun curah, udang masih tetap terlindung dalam es selama pembongkaran, pelelangan berlangsung lebih mudah dan lebih cepat, dan mutu udang lebih baik karena tidak banyak yang rusak karena tekanan..

Pada prinsipnya pembekuan udang merupakan salah satu cara memperlambat terjadinya proses penurunan mutu – baik secara autolisis, bakteriologis, dan oksidasi-dengan suhu dingin. Walau dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme serta menghambat reaksi kimia dan aktivitas enzim, pembekuan bukanlah cara untuk mensterilkan udang. Oleh karena itu setelah udang dibekukan dan disimpan dalam cold storage, tidak akan lepas begitu saja dari proses penurunan mutu. Proses penurunan udang disebabkan beberapa hal, yaitu : autolisis, denaturasi protein, bakteriologis, oksidasi, dan dehidrasi.

DAFTAR PUSTAKA

Rohanh, Ainun. 2002. Pembekuan. Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Sumatera Utara.

Desrosier, N.W., 1988. Teknologi Pengawetan Pangan; Penerjemah Muchji Muljohadjo, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

http://ilmupangan.blogspot.com/2008/12/pembekuan-pangan.html