A.  Dasar Pengawetan Dengan Suhu Rendah

            Setiap jaringan-jaringan hidup seperti bahan hasil pertanian mempunyai suhu optimum untuk berlangsungnya proses metabolisme secara normal. Pada kondisi suhu yang lebih tinggi atau rendah dari suhu optimum, proses metabolisme akan berjalan lebih lambat, atau malahan dapat berhenti sama sekali pada suhu yang terlalu tinggi atau rendah. Pada umumnya proses metabolisme berlangsung terus setelah bahan hasil pertanian dipanen, sampai bahan menjadi mati dan akhirnya membusuk.

            Pengaturan suhu memiliki peran yang sangat penting dalam pengawetan bahan pangan. Baik suhu rendah maupun suhu tinggi sangat berperan dalam mempertahankan mutu bahan. Pada suhu yang lebih rendah kerusakan bahan pangan dapat ditekan kenilai yang minimum.

            Secara umum dapat disebutkan bahwa setiap penurunan suhu 10^oC (18^oF) akan mengurangi laju reaksi kerusakan bahan pangan setengah kalinya atau laju metabolisme akan berkurang setengahnya. Sebaliknya, laju reaksi ini dalam batasan kisaran suhu fisiologis meningkat meningkat secara eksponensial dengan peningkatan suhu. Van’t Hoff seorang ahli kimia Belanda menjelaskan bahwa, laju reaksi kimia kurang lebih dua kali untuk setiap kenakan suhu 10^oC (18^oF), yang secara matematis dinayatakn dengan penggunaan suhu “quosien suhu” (Q₁₀), yaitu :

Q₁₀  =  (R₂ / R₁)^10/(t₂ ^{- t}₁⁾  =  Konstan kurang lebih 2

Dimana : t₂, t₁       =   Suhu (^oC)

                R₂, R₁    =   Laju pada kedua macam suhu tersebut

Dari formula ini dapat dihitung baik (Q₁₀) atau laju yang belum diketahui pada perbedaan suhu tertentu.

            Fenomena hubungan antara laju proses metabolisme dengan suhu inilah yang menjadi dasar pengawetan bahan pangan dengan penggunaan suhu rendah. Penyimpanan bahan pangan pada suhu rendah dapat memperpanjang masa hidup jaringan-jaringan di dalam bahan pangan tersebut. Hal ini bukan hanya keaktifan proses metabolisme menurun, tetapi juga karena pertumbuhan mikroba penyebab kerusakan dapat diperlambat. Selain itu laju reaksi-reaksi kimia dan enzimatis juga diperlambat pada suhu rendah. Semakin rendah suhu semakin lambat proses tersebut.

B.  Cara Pengawetan Dengan Suhu Rendah

            Cara pengawetan bahan pangan dengan penggunaan suhu rendah dibedakan menjadi dua, yaitu pendinginan (cooling) dan pembekuan (freezing). Secara terminologis dapat diterima bahwa pendinginan diartikan sebagai penggunaan suhu diatas titik beku bahan atau mengacu kepada pendinginan yang tidak mencapai titi beku bahan, dengan maksud untuk mempertahankan sifat-sifat bahan semula, sedangkan pembekuan diartikan sebagai penggunaan  suhu dibawah titik beku bahan sehingga menyebabkan proses perubahan dari fase cair menjadi fase padat.

            Dalam praktek pengawetan bahan pangan dengan penggunaan suhu rendah banyak digunakan istilah-istilah sebagai berikut :

a.         Pendinginan ringan (cooling), jika digunakan suhu diantara 6-15^oC atau dibawah suhu kamar.

b.         Pendinginan sedang (chilling), jika digunakan suhu anatar 0-6^oC, yang seiring disebut dengan refrigerasi.

c.         Pendinginan berat (deep chilling), jika digunakan suhu antara titik beku bahan sampai 0^oC.

d.         Pembekuan (freezing), jika digunakan suhu dibawah titik beku bahan.

e.         Pembekuan berat (deep refrigeration), jika digunakan suhu yang sangat rendah, misalnya pendinginan dengan nitrogen cair dan carbondioksida cair, yang disebut pula dengan teknik kriogenik (cryogenic).

Pengawetan bahan pangan dengan cara pendinginan dan pembekuan masing-masing akan memberikan pengaruh yang berbeda baik terhadap rasa, tekstur, nilai gizi dan sifat-sifat lain dari bahan, ataupun terhadap keaktifan mikroorganismedi dalam bahan pangan. Beberapa bahan pangan menjadi rusak pada suhu penyimpanan yang terlalu rendah.

Begitu juga penggunaan suhu rendah dalam pengawetan bahan pangan tidak dapat membunuh bakteri, sehingga jika bahan pangan beku misalnya dikeluarkan dari penyimpanan dan dibiarkan mencair kembali (thawing), pertumbuhan bakteri pembusuk kemudian berjalan cepat kembali.

Perbedaan lain antara pendinginan dan pembekuan adalah dalam hal pengaruhnya terhadap keawetan bahan  pangan. Pendinginan biasanya dapat mengawetkan bahan pangan selama beberapa hari atau minggu tergantung pada macam bahan pangannya, sedangkan pembekuan dapat mengawetkan bahan pangan untuk beberapa bulan atau kadang-kadang beberapa tahun.

1.  Pendinginan

            Alat pendingin yang pertama digunakan manusia adalah gua-gua alam, terutama di daerah vulkanik dengan cuaca dingin dan kering. Dari sini manusia mempelajari bahwa bila dia menggali lubang di dalam tanah, mereka dapat menyimpan makanannya untuk jangka waktu yang cukup lama.

            Penggunaan es sebagai pendingin dimulai tahun 1800. Segera didapatkan bahwa bahwa pangan yang di simpan di udara dingin sama saja halnya bila di simpan dalam es. Pada akhir abad ke-18, penyimpanan bahan pangan dalam refrigerator atau lemari pendingin mulai dikembangkan. Pendinginan adalah penyimpanan bahan pangan diatas suhu pembekuan bahan yaitu -2 sampai +10^oC. Pendinginan yang biasa dilakukan sehari-hari dalam lemari es adalah pada suhu  5-8^oC.

            Bahwasanya pendinginan merupakan proses pembuangan kalor dari suatu bahan sehingga suhunya turun dan dijaga tetap pada suatu tingkat. Kalor adalah suatu bentuk energi dari berbagai benda. Dingin dapat menyatakan suatu keadaan pada tingkat kalor yang relative rendah. Bahan yang didinginkan pada penyimpanan sesungguhnya mengalami pembekuan kalor dan bukan “dingin” yang dipompakan kedalam air dan kemudian air menjadi dingin, maka proses yang terjadi sesungguhnya adalah penyerapan kalor dari air oleh es.

            Bahan pangan dapat didinginkan dengan beberapa metode pendinginan, yaitu menggunakan: udara dingin (pendinginan ruang dan pendinginan dengan hembusan udara), air dingin (hydrocooling), kontak langsung dengan es, dan penguapan air dari bahan (pendinginan evaporatif dan pendinginan vakum). Kemungkinan cara pendinginan paling umum adalah pendinginan ruang dimana bahan segar dalam kotak, peti atau kemasan lain diperlakukan dengan udara dingin dalam gudang dingin normal. Laju pendinginan dengan udara dingin dapat dengan nyata ditingkatkan bila permukaan transfer panen diperbesar dari luas kemasan sampai permukaan total bahan segar. Dengan menekan udara melalui kemasan dan sekeliling masing-masing bahan segar, pendinginan dengan udara bertekan dapat mendinginkan bahan tersebut dalam kurang lebih 1/4-1/10-nya lama waktu yang dibutuhkan untuk pendinginan ruang.

Dalam pendinginan hidro, air berperanan sebagai medium transfer panas merupakan metode yang cepat untuk bahan segar  karena air mempunyai kapasitas panas yang lebih besar dari pada udara. Pendinginan hidro berlangsung cepat apabila air kontak dengan sebagian besar permukaan bahan segar dan diatur suhunya sedekat mungkin dengan 0^oC.

Pendinginan dengan kontak es  digunakan secara luas untuk pendinginan pendahuluan bahan segar, mempertahankan suhu selama transit, terutama untuk komoditi yang lebih mudah mudah rusak seperti sayuran berupa daun. Sayuran yang mempunyai rasio luas permukaan dan volume tinggi dapat dengan cepat dan seragam didinginkan dengan mendidihkan sebagian airnya pada tekanan rendah. Cara ini disebut pendinginan vakum dan secepat pendinginan hidro. Sedangkan pendinginan dengan penguapan merupakan proses yang sederhana dimana udara kering didinginkan dengan meniupkannya melalui permukaan yang basah.

Didalam pendinginan, perlu diperhatikan mengenai mutu bahan yang akan didinginkan, suhu ruang pendingin, kelembaban udara di dalam ruang pendingin, dan sirkulasi udara serta jarak tumpukan di dalam ruang pendingin.

Penyimpanan dingin mempunyai pengaruh terhadap bahan yang didinginkan seperti terjadi kehilangan berat, keruasakan dingin, kegagalan untuk matang dan kebusukan. Kehilangan berat buah-buahan selama di simpan terutama disebabkan oleh kehilangan air, akibat air dalam jaringan bahan menguap atau terjadinya transpirasi. Kehilangan air yang tinggi akan menyebabkan terjadinya pelayuan dan pengeriputan bahan sehingga dapat menurunkan mutu dan menimbulkan kerusakan. Kondisi seperti ini dapat dicegah dengan cara mengurangi transpirasi, yakni menaikkan kelembaban nisbi udara, menurunkan suhu, mengurangi gerakan udara, dan dengan menggunakan kemasan.

Pada suhu yang rendah (0-10^oC), buah-buahan dapat mengalami kerusakan karena tidak dapat melakukan proses metabolisme secara normal. Kondisi ini terlihat ketika bahan dikeluarkan dari ruang penyimpanan, seperti adanya lekukan, cacat, bercak-bercak kecoklatan pada permukaan, penyimpangan warna di dalam, atau gagal matang pada beberapa komoditi karena penyimpanan begitu lama.

Mekanisme terjadi kerusakan dingin antara lain: (a) terjadinya respirasi abnormal, (b) perubahan lemak dan asam lemak dalam dinding sel, (c) perubahan permeabilitas membrane sel, (d) perubahan dalam reaksi kinetic dan thermodinamika, (e) ketimpangan distribusi senyawa kimia dalam jaringan, dan (f) terjadinya penimbunan metabolit beracun.

Disamping itu sering terjadi kondensasi pada komoditi yang bertekstur lunak seperti buah-buahan pada saat dikeluarkan dari ruang penyimpanan dingin. Kondensasi ini terjadi pada permukaan bahan. Air yang berkondensasi ini terjadi harus dikurangi karena dapat merangsang kebusukan. Namun tidak semua bahan dapat menjadi busuk akibat adanya kondensasi ini.

2.  Pembekuan

            Pembekuan adalah penyimpanan bahan pangan dalam keadaan beku. Sama halnya pada penyimpanan dingin, pada proses inipun terjadi penghambatan yang jauh lebih efektif terhadap aktivitas metabolisme dan pertumbuhan mikroba serta laju reaksi-reaksi kimia dan enzimatis.

            Berdasarkan atas lamanya waktu yang diperlukan untuk melewati daerah kritis pembekuan (thermal arrest time) terbentuknya kristal-kristal es yang berukuran kecil (pada suhu diantara 0^oC dan -5^oC), proses pembekuan dapat digolongkan dalam 2 macam yaitu pembekuan cepat dan pembekuan lambat.

            Meskipun demikian batas waktu limit yang digunakan untuk membedakan antara metoda pembekuan cepat dengan metoda lambat tidak dapat jelas. Sebagai contoh, Inggris menentukan batas waktu untuk melewati daerah kritis sebagai pembekuan cepat adalah tidak lebih dari pada 122 menit, Jepang memberikan criteria kurang dari 30 menit dan Amerika Serikat menggunakan waktu antara   70-100 menit.

            Dalam prakteknya, proses pembekuan yang baik biasanya dilakukan pada suhu -12oC sampai -24^oC. Pembekuan cepat (quick freezing) dilakukan pada suhu    -24^oC sampai -40^oC dalam waktu kurang lebih dari ½ jam. Sedangkan pembekuan lambat biasanya berlangsung selama 30-72 jam.

            Pembekuan cepat mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan cara lambat karena kristal es yang terbentuk kecil-kecil sehingga kerusakan mekanis lebih sedikit terjadi, factor pemadatan air cepat, pencegahan pertumbuhan mikroba juga cepat terjadi dan kegiatan enzim juga cepat terhenti. Bahan makanan yang dibekukan dengan cara cepat mempunyai mutu lebih baik dari pada yang dibekukan lambat.