Spray Drying

Buah - buahan segar mudah rusak dan memiliki umur simpan yang terbatas. Untuk memperpanjang umur simpan, berbagai pengolahan dan pelestarian metode seperti pengeringan, perlakuan kimia dan berbagai metode kemasan yang digunakan. Pengeringan adalah operasi pengolahan makanan utama untuk meningkatkan daya simpan. Tujuan dari pengeringan jus buah dan sayuran adalah untuk menghasilkan bentuk jus stabil dan mudah ditangani yang tersusun kembali secara cepat untuk produk yang berkualitas menyerupai jus semirip mungkin dengan asli. Produk jus kering saat ini digunakan terutama sebagai makanan yang lebih praktis dan memiliki masa simpan yang lama pada suhu biasa. Bubuk buah yang benarbenar kering sering digunakan untuk membuat banyak produk makanan lezat. Kadar air bubuk buah kurang dari 4% (wb) dapat digunakan untuk membuat permen, toffee, permen lunak dan permen keras. Ada beberapa teknik pengeringan untuk produksi bubuk makanan antara lain udara panas, vakumisasi, freeze dan pengeringan semprot. Di antara hal - hal itu pengeringan semprot  adalah metode paling sederhana dan digunakan secara komersial untuk mengubah berbagai macam produk makanan cair menjadi bentuk bubuk. Spray dryer menggunakan udara panas dan dapat menggunakan suhu udara yang cukup tinggi karena suhu pengeringan turun drastis sebagai air menguap dari produk yang dikeringkan. Proses pengeringan dapat diselesaikan dalam waktu singkat, sehingga memungkinkan untuk mengolah bubuk buah kering tanpa penurunan kualitas karena panas bahkan pada suhu udara relatif tinggi (Das dkk, 2002)

Bubur buah atau jus dapat semprot dikeringkan dengan beberapa aditif dan lain - lain sebagai buah murni. Buah yang telah dikeringkan dengan spray drying meliputi tomat, pisang, jeruk, aprikot, buah persik, labu, mangga dan boysenberry (Masters, 1985). Meskipun kekakuan dari bubuk di ruang dinding, teknik pengeringan semprot adalah metode yang menjanjikan pada skala komersial untuk menghasilkan jumlah besar bubuk, untuk memenuhi kebutuhan pasar. Perhatian khusus harus diberikan kepada desain ruang pengering dan penanganan bubuk dan kemasan, karena kebanyakan bubuk produk termoplastik dan higroskopis. Kemudian higroskopisitas tinggi dan sifat termoplastik bubuk tersebut menimbulkan masalah seperti adesi pada dinding ruang pengering, penanganan yang sulit, caking, dll (Das dkk, 2002).

Indonesia merupakan negara yang memiliki keanekaragaman sumber daya alam hayati yang besar. Tidak sedikit dari hasil alam tersebut yang dapat diolah menjadi sumber bahan makanan. Namun, semakin bertambahnya jumlah penduduk Indonesia, dan distribusi penduduk yang tidak merata dengan tingkat kepadatan yang tinggi di Jawa dibandingkan di luar Jawa, strategi pembangunan yang tepat diperlukan dalam menyediakan kebutuhan ketahanan pangan bagi masyarakat. Pembangunan ketahanan pangan merupakan salahsatu pilar penopang kesejahteraan masyarakat, di mana peran ilmu pengetahuan dan teknologi harus diposisikan secara nyata dalam setiap kegiatan pembangunan ketahanan pangan.

Sistem pengeringan dalam aplikasinya dapat dilakukan dengan cara yang berbeda - beda, tergantung pada kebutuhan di mana sistem tersebut diterapkan. Pada industri pangan proses pengeringan digunakan untuk pengawetan makanan, yaitu dengan cara mengurangi kadar air sampai batas tertentu pada makanan tersebut untuk disimpan dalam beberapa waktu. Hal ini dilakukan untuk mencegah penurunan kualitas yang lebih buruk yang disebabkan oleh mikroorganisme, perubahan temperatur, dan kelembaban. Efek lainnya dari pengeringan juga akan menurunkan kualitas kandungan materialnya, misalnya serat, kandungan vitamin, dan bahkan perubahan warna pada temperatur tertentu. Sebagai contoh, vitamin C akan rusak kualitasnya pada suhu di atas 55oC.  

Salahsatu metode pengeringan adalah pengeringan semprot. Pengeringan semprot (spray drying) cocok digunakan untuk pengeringan bahan pangan cair seperti sari buah (dikeringkan dalam bentuk larutan ekstrak buah). Cairan yang akan dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle sehingga keluar dalam bentuk butiran - butiran (droplets) cairan yang sangat halus. Butiran ini selanjutnya masuk ke dalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. 

Dalam proses pengeringannya, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi hasil pengeringan, di antaranya adalah temperatur heater, mass flow udara panas, mass flow bahan yang akan dikeringkan, dan tekanan sistem penyemprot (nozzle). Udara pengering juga merupakan faktor penting untuk menentukan efisiensi dari pengering semprot. Dalam upaya peningkatan efisiensi dari pengering semprot banyak cara dilakukan antara lain dengan menggunakan pemanas listrik atau pemanas pompa kalor. Pada daerah yang lembab dan bahan yang sensitif lebih baik menggunakan pemanas refrigerasi dengan dehumidifier karena dapat dihasilkan udara yang lebih kering, sehingga efisiensi pengeringan dapat ditingkatkan agar mendapatkan temperatur pengeringan seminimum mungkin, sehingga mengurangi tingkat kerusakan kandungan materialnya. 

Dalam hal stabilitas, proses pengeringan tidak hanya menghambat pertumbuhan mikroba, tetapi juga beberapa reaksi degradasi biologi dan kimia; Namun demikian, mereka juga mempengaruhi karakteristik sensorik dan gizi mempromosikan runtuhnya jaringan sayuran dan degradasi vitamin dan antioksidan (Ibarz dan Barbosa-Canovas, 2003).

Dalam 30 tahun terakhir kebutuhan teknologi baru memungkinkan untuk mengembangkan beberapa metode dehidrasi seperti dehidrasi udara panas, dehidrasi osmotik, dehidrasi microwave, dehidrasi inframerah, dewatering ultrasonik, teknologi hybrid, dll. Pengenalan teknologi tersebut di industri makanan telah meningkatkan kualitas sayuran kering mengarah ke peningkatan eksponensial dari pasar produk ini. Sebagai contoh, sebuah laporan yang diterbitkan dari Research and Markets menunjukkan bahwa total Eropa Barat pasar makanan dehidrasi bernilai 11,5 miliar Euro pada tahun 2009 (Derossi dkk).

Efisiensi operasi spray dryer adalah perbandingan panas yang digunakan untuk penguapan terhadap total heat yang digunakan pada sistem. Karena kapasitas ruang pengeringan proporsional terhadap perbedaan temperatur pada inlet dan outlet ruang pengering, efisiensi operasi diinginkan pada nilai yang terbesar yang mungkin, nilai temperatur masuk yang setinggi mungkin dan temperatur keluar yang serendah mungkin (Filkova dan Mujumdar, 1995).

Pengaruh aktivitas air pada oksidasi adalah kompleks (Gloria dkk, 1995; Jayathilakan dkk, 2007; Obara  dkk, 2006). Peningkatan kadar air dalam matriks kering dapat meningkatkan laju oksidasi oleh meningkatkan mobilitas reaktan dan pembawaan katalis ke dalam larutan. Seiring pembengkakan matriks padat, permukaan baru terkena katalis. Namun, air juga dapat memperlambat proses oksidasi dengan hidrasi atau menipiskan katalis logam berat atau mempercepat mereka sebagai hidroksida. Air dapat juga melawan dekomposisi peroksida oleh ikatan hidrogen dengan hidroperoksida, dan mendorong radikal rekombinasi yang dapat mengganggu rantai reaksi oksidasi. Hasil dari ini adalah dalam beberapa makanan, laju oksidasi mencapai minimum pada nilai aktivitas air sesuai dengan kadar air monomolecular (Brennan, 1994).

Di antara berbagai metode digunakan untuk pengawetan, pengeringan adalah suatu proses di mana air aktivitas makanan dikurangi dengan pengurangan kadar air dengan penguapan atau sublimasi, meminimalkan proses enzimatik dan reaksi mikrobiologis . Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan massa secara simultan, disertai dengan perubahan fasa. Laju pengeringan tergantung pada faktor-faktor pengaruh bahwa mekanisme transfer, seperti tekanan uap material dan udara pengeringan, suhu dan kecepatan udara, difusi air dalam bahan, ketebalan dan permukaan terbuka untuk pengeringan (Van Arsdel, 1973; Lewicky dan Jakubczyk, 2004).

Salah satu karakteristik utama bubuk spray drying adalah kandungan airnya yang dipengaruhi beberapa kondisi spray drying. Pada umumnya, kandungan air pada produk dapat diperoleh dengan temperatur udara yang lebih tinggi dan waktu kontak yang lebih lama (Masters, 1979). Spray drying adalah metode yang diaplikasikan untuk mengubah material dari kondisi cair/bubur ke kondisi padat. (Roos, 2004).

Pengeringan semprot adalah teknik umum untuk pengeringan dan enkapsulasi panas  bahan makanan sensitif (Gharsallaoui dkk, 2007). Pada tahun 1970, Labuza melaporkan makanan stabilitas peta dalam hal nilai-nilai aktivitas air. Secara khusus, angka menunjukkan tingkat beberapa reaksi degradasi sebagai fungsi dari nilai-nilai aktivitas air. Selain itu, penyerapan kelembaban isoterm umum makanan dilaporkan. Peta dibagi dalam tiga wilayah. Pada yang pertama (0-0,2) air secara ketat dibatasi dengan matriks padat makanan dan tidak dapat digunakan sebagai pereaksi atau co-reagen. Selain itu, di wilayah viskositas ini begitu tinggi sehingga mobilitas reagen kimia dibatasi dan laju reaksi degradasi berkurang. Di wilayah kedua, ditandai dari nilai-nilai aktivitas air berkisar antara 0,2 dan 0,7, molekul air semakin menjadi tersedia untuk beberapa reaksi biologi dan kimia seperti reaksi Maillard (non pencoklatan enzimatis) dan aktivitas enzim tetapi mereka masih tidak tersedia untuk pertumbuhan mikroba dengan pengecualian beberapa cetakan. Di wilayah ketiga (0,7-1,0) molekul air lemah dibatasi dengan zat terlarut atau tertahan oleh gaya kapiler. Molekul air bebas dapat digunakan untuk pertumbuhan mikroba dan reaksi kimia yang cepat dapat terjadi (Frank & Wen, 1957). 
Dalam hal pertumbuhan mikroba adalah mungkin untuk mengamati hubungan langsung: seperti menurunkan aktivitas air, seperti lambat laju pertumbuhan kapang, khamir atau bakteri. Ketika sel sel mikroba yang terkena sistem dengan tekanan osmotik tinggi (aktivitas air rendah) mereka kehilangan air karena membran sel yang semipermeabel. Fenomena ini, yang disebut plasmolisis, hasil sampai keseimbangan osmotik tercapai tetapi, dalam kondisi ini mikroorganisme tidak dapat mereproduksi dan mereka akan mati atau tetap terbengkalai (Sperber, 1983; Troller, 1985;. AmezagaJohnston et al, 1999). Secara umum, penurunan nilai aw memiliki dua efek penghambatan pada laju pertumbuhan mikroorganisme: 1. Peningkatan fase lag; 2. Pengurangan waktu generasi (Troller, 1985). yeasts bacteria."Selain itu, dari angka 1 adalah mungkin untuk mengamati bahwa resistensi di antara mikroorganisme sangat berbeda dan dapat dinilai sebagai berikut: cetakan> ragi> bakteri. Selain itu, di antaranya, mikroorganisme yang berbeda mungkin menunjukkan variasi yang signifikan dalam hal ketahanan aktivitas air.