11. TlNJAUAN PUSTAKA
A. KAPUR APl Kapur (lime) merupakan bahan kimia paling tua yang dikenal manusia. Pada awalnya kapur dibua! dengan cara membakar batu kapur yang berasal dari gununggunung kapur. Penggunaan kapur sebagai bahan bangunan telah dilakukan sejak zaman Romawi hingga sekarang. Seiring dengan perkembangan zaman, penggunaan dan produksi kapur juga semakin meluas. S a t ini industri kapur merupakan salah satu industri kimia yang penting di beberapa negara, seperti Indonesia, Malaysia dan Amerika Serikat. 1. Pengertian Kapur Api
Secara umum istilah kapur (lime) terdiri atas batu kapur (limestone), kapur api (quicklime) dan kapur sirih (hydrated lime). Ketiga istilah ini sering disebut dengan kapur (lime) saja, padahal dalam kenyataannya ketiganya merupakan bahan yang berbeda satu sama lain baik fisik maupun kimianya. Kapur api (quicklime) adalah bahan yang berasal dari batu kapur (limestone) yang dipanaskan pada sebuah tanur dengan proses yang disebut kalsinasi (calcination). Batu kapur (limestone) adalah batuan sedimen yang sebagian besar terdiri atas CaC03 dan merupakan batuan yang terbentuk dari rombakan batu kapur yang lebih tua, endapan larutan CaC03 atau pelonggokan cangkang dan kerangka binatang (Mackenzie and Sharp, 1970). Sedangkan kapur sirih (hydrated lime/ Ca(OH)2) adalah bahan berbentuk bubuk , berasal dari kapur api yang telah mengalami hidrasi yaitu bereaksi dengan air dengan jumlah yang cukup untuk berikatan secara kimia (ASTM C51, 1975). Batu kapur dapat diklasifikasikan berdasarkan kadar magnesium karbonat (MgC03)yang terdapat didalamnya, yaitu batu kapur dengan kandungan MgC03kurang dari 5% yang disebut batu kapur berkalsium tinggi (high calcium limestone), dan batu kapur dengan kandungan MgC03 5-35%% disebut dengan magnesian sedangkan batu kapur dengan kandungan MgC03 3546% disebut dengan batuan dolomit (ASTM C51,1975). Kapur api (CaO) terbentuk jika batu kapur (CaC03)dipanaskan pada suhu diatas 650°C. Reaksi pembentukan CaO merupakan reaksi endoterm dan bersifat reversibel. Jika C02yang terbentuk disingkirkan, maka CaO yang terbentuk akan m a k i n banyak (Mackenzie and Sharp, 1970). Reaksi yang terjadi adalah :
.-.
-
A HO(178.1 Kj) CaC03,,( CaO,,( + C02(g, Suhu disosiasi magnesium dan kalsium karbonat pada pembuatan kapur api
berturut-turut adalah 760°C dan 89g°C, tetapi secara komersial suhu pembakaran batu kapur di pabrik adalah 1093
-
1371' C dengan tujuan untuk mempercepat
berlangsungnyaproses kalsinasi (Kirk and Othmer, 1952). Berdasarkan &rajat panas yang diberikan pada saat pembentukannya, maka kapur api dapat dibedakan atas : 1) soff bumt llme, dihasilkan dari pembakaran pada kisaran suhu yang paling rendah, dan produk yang dihasilkan sangat reaMi terhadap air, 2) hard bumt lime, dihasilkan dengan pembakaran pada kisaran suhu yang tinggi dan waktu yang tebih lama sehingga terbentuk kristal dan produk yang dihasilkan mempunyai reaktiiis rendah, 3) medium bumt lime, yaitu produk yang dihasilkan dari
proses dengan waMu dan suhu diantara kedua proses diatas (Gaspary and Bucher, 1981).
Perbedaan derajat panas yang diberikan ini akan menghasilkan kapur api
dengan porositas yang berbeda, semakin tinggi suhu pembakaran, maka pornsitas kapur akan semakin rendah dan reaktivitas kimianya akan semakin rendah pula. Batu kapur dengan kandungan kalsium yang tinggi memerlukan suhu pembakaran yang lebih rendah dibandingkan dengan batu kapur dengan kandungan magnesium yang tinggi (Kirk and Othmer, 1952).
2. Komposbi Kapur Api Komposisi kimia kapur api sangat bervariasi tergantung dari sumber batu kapur dan cara pembakarannya (Mackenzie and Sharp, 1980), seperti terlihat pada Tabel I. Tabel 1. Komposisi kimia kapur api dari Kajaj dan Kamang Udik, Kabupatm Pasaman, Sumatera Barat dan dari Pabrik Kapur Djaya, Ciampea. Komposisi CaO SiO MgO Gabungan Oksida *" Hilang pada saat pembakaran
Kapur dari Kajaj (Pasaman)* 93.6 1.3 1.3 0.78 4.0
Kapur dari Kamang Udik (Pasaman)* 94.2 1.O 0.64 1.09 3.8
*) Gaspary and Bucher, 1981 Suwfindo, 1991 ") Oksida yang terdiri dari A1203rFe20dS03,K20,Na~,Ti02,M~ dan P205.
Kapur dari Ciampea (Bogor)"* 96.8 0.26 2.20 0.66 3.46
Komponen utama dari kapur api adalah CaO dan bahan-bahan kimia lain seperti oksida-oksida silika, bwi, aluminium dan magnesium (Gaspary and Bucher, 1981, Sucafindo, 1991). Dari Tabel 1 juga dapat dilihat, kandungan CaO kapur api yang terdapat pada kapur yang berasal dari Ciampea Bogor lebih tinggi dibanding kapur dari Kajaj dan Kamang Udik , Kabupaten Pasaman Sumatera Barat.
3. Sifat Fisik dan Kimia Kapur Api Siat-sifat fisik dan kimia kapur api (quickhme)dan kapur sirih (hydrated lime) dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Sifat fisik dan kimia kalsium, kapur api , kapur sirih dan batu kapur berdasarkan komponen kimia muminya.
_
Produk
Rumus Kimia
Berat Titik Molekul Leleh
Kapur api') Kapur sirih') Batu kapur') ~alsium~)
CaO Ca(0Hh CaC03 Ca
56.08 40.32 100.09 40.08
Tiik Didih
2570°C
-
2850°C
-
..
810°C
1170°C
Densitas (g/cm3) 3.40 2.34
-
1.55
Bentuk Kristal Kubus Heksagonal Rombohedral kubus
1) www.cheney lime.com, 2002
Kapur api (CaO) hanya dapat larut di dalam air jika sudah berubah menjadi Ca(OH)2. Kelarutan CaO dan Ca(OH)* di dalam air pada berbagai suhu dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Kelarutan CaO dan Ca(OH)* di dalam air (Kirk and Othmer, 1952). Kelarutan (gram1100 gram larutan) O C
CaO
0 25 50 75 100
0.140 0.120 0.097 0.075 0.054
Ca(OH)2 0.185 0.159 0.128 0.098 0071
Dan Tabel 3 dapat dilihat bahwa kelarutan CaO dan Ca(0Hh dalam air akan semakin menurun dengan meningkatnya suhu. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi kelarutan CaO dan Ca(OH)2di dalem air adalah ukuran partikel serta sodium dan kalium hidroksida. Kelarutan kapur api di dalam air akan menurun dengan adanya sodium hidroksida (NaOH) dan kalium hidroksida (KOM). Magnesium, silika serta kalsium
karbonat dan magnesium karbonat tidak mempengaruhi kelarutan CaO dan Ca(OH)2di dalam air tetapi mempengaruhi laju kelarutannya. Kelarutan Ca(OH)2yang masih baru (freshly slaked lime) dengan ukumn partikel yang lebih kecil, 10% lebih besar dibandingkan Ca(OH)2yang sudah lama (aged slaked lime) (Kirk and Othmer, 1952). Kekerasan kapur api bervariasi dari sangat lunak hingga keras tergantung pada kemumian batu kapumya dan suhu kalsinasi. Jika batu kapur asalnya mengandung kalsium yang tinggi dan suhu kalsinasinya juga tinggi, maka akan dihasilkan kapur api yang keras. Nilai kekerasan kapur api berkisar antara 2-4 skala Mohs sedangkan kapur sirih 2-3 skala Mohs (Kirk and Othmer, 1952). Skala Mohs adalah skala yang digunakan untuk menentukan kekerasan mineral dengan nilai antara 1-10. Nilai 1 merupakan mineral yang paling lunak yaitu talk dan 10 untuk yang paling keras yaitu berlian. Kekerasan kapur api berada diantara 2-4, yaitu antara gipsum dan florit, sedangkan kapur sirih 2-3, yaitu antara gipsum dan kalsit (Fay, 1972). Porositas kapur api merupakan sifat fisik yang penting, karena secara langsung akan berpengaruh terhadap reaktivitas kimianya. Proses kalsinasi batu kapur (CaC03) akan menyebabkan hilangnya C02dan rnenghasilkan kapur api (CaO) dengan porositas dan reaktivitas yang lebih tinggi
daripada CaC03 (Chang and Tikkanen, 1988).
Porositas total kapur api tergantung pada tingkat pembakarannya. P8da soff burnt lime, porositas totalnya adalah 46-55% sedangkan pada medium burnt lime 3446% dan pada h a d bumt lime x 34% (Gaspary and Bucher, 1981). 4. Penggunaan Kapur Api
Kapur banyak digunakan dalam berbagai industri, seperti industri kimia, bahan konstruksi dan bahan kimia untuk industri logam maupun lingkungan.
lndustri kimia
yang menggunakan kapur diantaranya adalah industri soda, karbid, kalsium hipoklorii, asam sitrat, petrokimia, penolat, stearat, napten, nitrat, kasein, kalsium pospat, propilen glikol dan gliserin. Saat ini kapur api juga digunakan untuk produksi precipitatedcalcium carbonate (PCC) yang digunakan dalam industri kertas, cat, tinta, plastik dan karet. Penggunaan lainnya dari kapur adalah pada industri gula, kapur pertanian, pembuatan gelas dan penyamakan kulit (Gaspary and Bucher, 1981) Pada bidang kondruksi, kapur banyak digunakan dalam industri mortar dan plaster karena sifatnya yang sangat plastis. Kapur juga digunakan dalam industri baja dan logam seperti tembaga, aluminium, emas dan perak serta pada ekstraksi uranium. Pemanfaatan lainnya adalah sebagai bahan untuk pengolah limbah baik limbah cair
.
maupun padat serta dalam pemumian air minum dan udara (Gaspary and Bucher, 1981). 5. Kapur Api sebagai Adsorben Kapur api merupakan bahan yang sangat reaktif dengan air dan membentuk Ca(OH)2 dalam proses yang disebut hidrasi atau slaking. Jika banyaknya air yang bereaksi sesuai dengan yang dibutuhkan oleh CaO untuk membentuk Ca(OH)2 maka akan dihasilkan kapur sirih (hydrated lime) yang berbentuk bubuk putih, tetapi jika air yang bereaksi jumlahnya behbihan maka akan terbentuk susu kapur (milky lime). Reaksi CaO dengan air dapat ditulis sebagai berikut : _3_
CaO(,, + H20(,)t--
ca(0H)~ ,,(
AH0= -64.8 kJ
Dari reaksi diatas dapat dilihat bahwa secara teoritis air yang dapat diserap oleh CaO dalam pembentukan Ca(OH)2adalah sebesar 18.02/56.08 atau 113 kali berat CaO (BM CaO = 56.08 dan H a = 18.02) . Reaksi yang bersifat eksoterrn ini menyebabkan penyimpanan kapur api penuh resiko, karena secara teoritis suhu dapat mencapai 700°C pada reaksi antara CaO dengan air (Chang dan Tikkanen, 1988). Siiat kapur api yang sangat reaktif terhadap air ini dapat dimanfaatkan dalam proses pengeringan . Jika bahan yang basah diletakkan dalam suatu ruangan tertutup yang di dalamnya terdapat kapur api (CaO), maka akan terjadi proses pengeringan dengan ruang tertutup sebagai ruang pengering. Proses pengeringan itu berfangsung melalui berbagai proses yaitu : 1) uap air di dalam ruangan diserap dan bereaksi dengan CaO, 2) reaksi itu melepaskan energi panas dan menurunkan kelembaban relatif (RH) ruang pengering, 3) energi panas diserap bahan untuk menguapkan kandungan air dari bahan, 4) uap air dari bahan mengalir ke ruang pengering untuk kemudian diserap oleh CaO. Demikian seterusnya sampai tercapai keseimbangan (Soekarto, 2000). Reaksi dan proses kimiawinya adalah sebagai berikut :
%fG)
CaOw + Bahan Lembab +
" Ca(OH)2).(
4(Joule)
0 1 / Produk ~ Kering +A0, CaO + Bahan Lembab___, Produk Kering + Ca(0Hh (s,
Suhu bahan selama proses pengeringan hampir konstan, karena energi panas yang dilepaskan oleh kapur api akan terus diserap oleh bahan dan segera digunakan
untuk penguapan air yang dikandung bahan. Hasil skhir dari proses ini berupa produk kering dan k h a n kapur (CaOH)2 yang juga merupakan bahan yang bermanfaat (Swkarto, 2000). Proses pengeringan dengan menggunakan kapur api berbeda dengan pmses pengeringan adsorpsi pada umumnya. Pada proses pengeringan adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti gel silika, bentunit dan adsorben lainnya, uap air dari bahan diserap oleh adsorben dan kemudian terikat secara fisik pada seluruh bagian adsorben. Pada proses pengeringan dengan menggunakan kapur api, uap air diserap oleh CaO dan kemudian bereaksi secara kimia dengan membentuk CE~(OH)~. ltulah sebabnya, adsorben seperti gel silika, bentonit dan yang lainnya dapat dipakai ulang dsngan perlerkuan regenerasi atau pengeringan kembali dengan suhu tinggi, sedangkan kapur api hanya dapat digunakan satu kali ddam proses pengeringan, karena Ca(OH)2 tidak mempunyai reaktivitas terhadap air. Potensi adsorpsi dari suatu adsorben dapat dilihat dari isoterrni adsorpsi adsorben tersebut. Pada RH 12% dan 60% gel silika dapat mengadsorpsi uap air sebesar 9% dan 49% b.k., sedangkan bentonite hanya mampu menyerap air 5% dan 14% b.k. pada kondiii yang sama, sehingga jumlah bentonit yang dibutuhkan dalam suatu proses pengeringan bahan akan lebih bear daripada gel silika (Ghate and Chhinnan, 1984). 6. Kapur Api sebagai Sumber Panas
Berdasarkan persamaan reaksi antara CaO dengan H20, dapat dilihat bahwa reaksi antafa CaO dan air menrpakan reaksi eksotenn. Magnesium oksida (MgO) yang terdapat pada kapur api, juga dapat bereaksi dengan air, tetapi pada tekanan atmosfir laju reaksinya lebih kecil dibanding laju maksi CaO dengan air. Pada suhu 25OC, panas yang dilepaskan pada reaksi antara CaO dan MgO dengan air berturut-turut adalah 15.300 dan 8.000-10.000 kalorilgram-md(Kirk and Othmer, 1952).
Energi panas yang dikeluarkan dari reaksi antara kapur api dan air ini dapat digunakan untuk menguapkan air dari bahan dalam proses pengeringan adsorpsi,
-
karena reaksi penguapan air ini menrpakan reaksi endotermis (Brady, 1999) dan dapat ditulis sebagai berikut :
AHo = + 44 kJ H20 (1) + Hzocrr, Berdasarkan pemmaan reaksi diatas, diketahui bahwa untuk menguapkan satu
mol air dibutuhkan energi sebesar 44 W, sedangkan perubahan satu mol CaO menjadi
satu mol Ca(0Hh melepaskan energi sebesar 64.8 kJ. Energi panas yang dilepaskan pada reaksi pembentukan Ca(OH)2ini dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air yang terdapat di dalam bahan yang dikeringkan.
Benih dalam arti stntktural sama dengan biji, tetapi dalam batasan fungsional tidak sama dengan biji. Oleh karena itu benih dapat dikatakan sebagai awal dari budidaya tanaman. Sebelum m n g mengenal benih, orang belum mengenal bertani. Sistem ladang berpindah yang dikategorikan bertani secara ekstensif sebelum orang mengenal bertani secara menetap, sudah mengenal benih untuk ditanam (Sadjad, 1993). 1. Pengertian Benih
Benih adalah biji tumbuhan yang digunakan manusia untuk tujuan pertanaman (Sadjad, 1964), sedangkan tanaman adalah segenap tumbuhan yang ditanam manusia untuk tujuan budidaya. Pada hakekatnya antara benih dan biji hanya berbeda pada tujuan pemakaiin manusia. Anatomis keduanya sarna, yaitu bakal biji yang dibuahi, sesudah proses fisiologis menjadi biji yang masak, yang merupakan bahan kebakaan jenisnya. Manusia dapat menggunakannya untuk kepentingan kelanjutan kebakaan dan jenis tanaman itu kepada manusia sebagai benih (Potts, 1971). Sedangkan biji rnemiliki fungsi ganda yaitu sebagai bahan konsumsi, sebagai bahan baku industri dan sebagai bahan tanaman. Benih mentpakan suatu struktur yang kompleks yang terdiri dari ambrio atau lembaga, endosperma dan cadangan makanan lainnya serta pelindung yang terdiri dari kulit benih, dan pada benih-benih tertentu terdapat juga struktur tambahan seperti @ma, braktea, spina dan rambut yang membantu melindungi benih dari pelukaan oleh burung atau tikus (Justice dan Bass, 1994). 2. Mutu Benih
Ketersediaan benih berbagai jenis tanaman budidaya yang bermutu tinggi merupakan salah satu kund keberhasilan ussha bidang pertanian. Mutu benih terdiri atas mutu fisik, mutu fisidogis dan mutu genetik. Benih yang bermutu fisik tinggi adalah benih yang bersih dari campuran kotoran fisik seperti pasir, tanah, tangkai atau daun kering dan bersih dari campuran benih-benih mati atau benih abnormal fisik (Inferior),
benih kosong atau dad perangan benih seperti kulit, endosperm, pecahan kotiledon. Benih berrnutu fisik tinggi juga menunjukkan penrvujudan yang seragam bentuk, ukuran, wama dan berat per jumlah atau volume (Sadjad, 1993). Mutu fisiologis benih adalah mutu benib yang mencenninkan kemampuan benih untuk bisa hidup normal dalam kisaran alam yang cukup luas, mampu tumbuh cepat dan merata. Benih bermutu fisiologis tinggi juga mampu disimpan, aftinya meskipun melalui periode simpan dengan keadaan yang suboptimum, benih tetap menghasilkan pertumbuhan tanaman yang berproduksi normal apabiia dianam sesudah disimpan (Sadjad, 1993). Mutu genetik berkaitan dengan sifat genetik yang diwariskan oleh suatu tanaman pada generasi berikutnya. Mutu genetik tidak saja ditinjau dari keseragaman genotipik, tapi juga keseragaman dalam pewjudan fenotipik.
Mutu genetik mengemukakan
tingkat kemumian benih (Sadjad, 1993). Pengujian mutu benih di labaiatorium paling tidak meliputi hal-ha1 berikut: 1)penetapan
kadar air,2) pengujian kemumian, 3) penetapan varitas lain dan 4)
pengujian viabilitas (Mugnisjah et al.,1994).
3. Kadar Air Kritis Benih Kadar air benih sangat menentukan jangka waMu penyimpanannya. Untuk dapat memperpanjang masa simpan benih, maka dilakukan pengeringan yaitu proses menghilangkan air dari biji hingga batas arnan untuk disimpan. Kadar air yang aman untuk penyimpanan benih perlu diketahui agar masa simpan benih dapat diperpanjang dan benih tidak kehilangan viabiliasnya. Agrawal (1980) mengatakan bahwa untuk benih ortodoks, semakin tinggi kadar air benih maka penunrnan viabilitas akan semakin cepat. Benih dengan kadar air antara 12-14% akan mudah ditumbuhi cendawan dan viabilitasnya menunm. Hubungan antara kadar air, suhu dan umur simpan benih dikemukakan oleh Harrington (1972) dengan kaidah sebagai berikut : 1) untuk setiap penurunan kadar air 1% umur benih dapat dipefpanjang dua kali lipat, kaidah ini berlaku untuk kisaran kadar air 514%, 2) untuk setiap penurunan suhu ruang simpan sebesar 5% maka umur benih dapat diperpanjang menjadi dua kali lipatnya, dan kaidah ini berlaku pada kisaran 0-50°C. Cara-cara yang umum dilakukan untuk menetapkan kadar air aman dalam penyimpanan benih adalah dengan melakukan penelitian mengenai hubungan masa simpan benih dengan kadar air, yaitu dengan wra menyimpan benih pada tingkat kadar
air yang berbeda-beda, kemudian dilihat masa simpannya. Kadar air yang memberikan masa simpan yang terpanjang merupakan kadar air yang aman bagi penyimpanan benih. Penetapan kadar air kritis benih yaitu kadar air yang aman untuk penyimpanan benih dapat juga dilakukan dengan menggabungkan daya kecambah benih pada kurva sorpsi isotermi air benih. Daerah kadar air yang aman untuk penyimpanan benih adalah daerah dimana daya kecambah benih tinggi, dan jika daya kecambah rendah maka kadar air itu tidak aman bagi benih. Dan hasii peneliian Asni (1994) terhadap benih kedele diketahui bahwa penyimpanan benih pada W a r air di atas air ikatan sekunder pada kurva sorpsi isoterrni, daya kecambah kedele menurun sangat drastis, dan semakin tinggi kadar air benih diatas air ikatan skunder maka daya kecambah benih menurun dengan cepat. Pada kadar air sangat rendah yaitu kadar air di bawah air ikatan primer, daya kecambah benih dapat dipertahankan tetap tinggi =lama penyimpanan. 4. Daya Tumbuh Benlh
Daya tumbuh atau viabilitas benih adalah daya hidup benih yang dapat ditunjukkan oleh fenomena pertumbuhan benih atau gejala metabolismenya, atau oleh keadaan organel sbplasma set atau kromosom (Sadjad,1993). Parameter viabilitas benih adalah viabilitas potensial, vigor kekuatan tumbuh dan vigor daya simpan. Daya berkecambah merupakan tolok ukur parameter viabilitas potensial. Sadjad (1993) rnendefenisikan daya berkecambah sebagai tolok ukur viabilitas absolut yang menstimulasi viabilitas potensial yaitu kemampuan benih tumbuh menjadi tanaman normal dalam keadaan yang optimum. wgor kecepatan tumbuh adalah vigor benih sehingga benih mampu tumbuh di lapang menghasilkan tanaman normal yang berproduksi normal pada kondisi yang suboptimum atau menghasilkan produk diatas normal pada kondisi yang optimum (Sadjad, 1993).
5. Daya Simpan Benih Sadjad (1993) menyatakan ada tiga periodisasi dalam viabiliias benih seperti terlihat pada Gambar 1. Periode I (periode pembangunan benih) yang dimulai dari saat antesis yaitu saat dibuahinya putik oleh tepung sari hingga mencapai masak fisiologis. Periode II (periode simpan) dimulai dari masak fisiologis hingga benih tersebut diatanam, dan periode Ill (periode kritikal) adalah saat benih keluar dari penyimpanan sampai benih tersebut mati. Usaha penyimpanan merupakan usaha untuk memperpanjang perio.de II. Pada periode II, mutu benih dipengaruhi oleh faktor pendukung yaitu kondisi fisik dan biosfir lingkungan simpan,serta kadar air benih.
PERloDE VtA6IUTAS Keterangan : ' ~ =pviabilitas potensial, Vg = Vigor, Vss = Vigor sesungguhnya, D = Garis nilai Delta, I = Periode Pembangunan Benih, II = Periode Simpan, Ill=Periode Kritikal. Gambar 1. Kedudukan periode viabilitas pada konsepsi Steinbauer-Sadjad (Sadjad, 1993).
Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa, garis-garis dalam konsepsi SteinbauerSadjad garis-garis pada Perio.de I digambarkan sebagai garis sigmoid positif, periode II sebagai garis lurus yang @ajar sumbu X dan pada periode Ill sebagai garis sigmoid negatii. Antara kedua garis viabilitas yaitu garis viabilitas potensial (Vp) dan garis vigor pada setiap titik periode viabilitas pada sumbu X. Pada (Vg) dapat ditarik nilai delta (0)
periode I nilai D mula-mula naik kemudian menurun, dan pada titik anomali gads nilai D ini, benih mengalami masak morfologis yang maksimum. Pada periode ke Illjuga terjadi anomali garis nilai D. Garis nihi D yang semula naik mengindikasikan Vg menurun dan kemudian nilai D menurun. Tetapi setelah melampeui titik anomali nilai D menurun, padahal nilai Vg juga menurun, dan ini bertentangan dengan kaidah, sehingga sejak tiiik anomali itu benih tidak lagi berfungsi sebagai benih. Selama penyimpanan, benih mengalami kemunduran viabilitas dan vigor, dan ini terutama berhubungan &ngan kadar air benih.
Tingkat kadar air benih dalam
penyimpanan tergantung pada jenis benih, metode penyimpanan dan lama penyimpanan (Harrington, 1972). Periode simpan yang semakin lama memerlukan kadar air yang lebih rendah untuk dapat mempertahankan daya kecambahnya. FaMor-faktor yang mempengaruhi viabilitas benih selama penyimpanan adalah viabilitas awal dan tingkat kernatangan benih, kondisi fisik benih, kadar air benih serta kondisi ruang penyimpanan yang meliputi suhu, RH dan komposisi udara ruang penyimpanan. Benih dengan viabilitas awal yang tinggi, akan lebih tahan terhadap kondisi penyimpanan yang kurang menguntungkan daripada benih dengan viabillitas awal yang rendah. Secara umum, kadar air optimum benih yang akan disimpan adalah 6-8%, tetapi penurunan kadar air benih hingga 4-5%, dapat memperpanjang masa simpan terutama jika benih disimpan pada wadah tertutup dengan kondisi suhu ruang (Owen, 1957). Pendugaan umur simpan benih umumnya dilakukan dengan jalan menyimpan benih pada berbagai kondisi penyimpanan, kemudian umur simpannya ditentukan dengan cara melihat mutu benih pada umur simpan tertentu, dan umur simpan yang baik adalah umur simpan dimana mutu benih masih memenuhi persyaratan mutu yang baik. Kondisi penyimpanan yang dimanipulasi untuk menentukan umur simpan adalah M a r air awa1 benih dan jenis kemasan (Maryanto, 1994),
RH dan suhu ruang
penyimpanan (Hartini, 1997, Qodir, 1985, Purwaningsih, 1995) serta perlakuan invigorasi pada benih (Hartini, 1997). Pendugaan umur simpan benih menggunakan metode analitik masih sangat sedikit, diantaranya adalah Pian (1981) serta Roberts (1972). Pian (1981) menduga daya simpan benih pada p r i d e tertentu dengan menentubn tingkat kemunduran benih (K) sebagai status vigor benih dan mmperhitungkan vigor awal benih (V,), dengan rumus sebagai berikut : K=V,+bt,
..................................................................................1)
dimana : K = tingkat kemunduran
V, = vigor awal, dapat diperoleh dari kebalikan tingkat kemunduran pada periode simpan 0 bulan. b = indeks daya simpan
t, = umursimpan Jika dihubungkan dengan kedudukan periode viabilitas pada konsepsi Steinbauer-Sadjad seperti Gambar Idi atas, maka nilai a ada hubungannya dengan periode I, nilai b berhubungan dengan kondisi simpan sesuai periode ll dan t, berhubungan dengan periode Ill , yaitu bagaimana cara kita memanipulasi kondisi simpan sehingga vigor benih akan tetap menurun akibat kronologis (Saenong, 1982). Untuk menentukan tingkat kemunduran benih (K), Pian (1981) menggunakan uap etil alkohol. Dari hasil penelitiin diperdeh kemunduran benih oleh uap etil alkohol analog dengan kemunduran benih secara alami sehingga uap etil alkohol dapat digunakan sebagai bahan pengusangan =pat untuk menduga umur simpan benih. Dengan mengetahui nilai K, maka umur simpan benih (L)pada persamaan (I) dapat dihitung. Roberts (1972), dalam pendugaan daya simpan benih tidak mengikut sertakan faktor tanaman induk yang dapat menentukan vigor awal benih. Rumus yang digunakan adalah :
log P , = Kv-CfM -C2T .......~ ~ . ~ . . ~ . ~ - ~ ~ ~ . ~ .... ...~ 2)- ~ - ~ ~ ~ ~ ~ - . dimana : P50 = viabilias benih pada tingkat kemunduran 50% v...
= kadar air benih (%) = suhu (OC) K V , C1, CZ = konsfanta
M T
Hukill dalam Roberts (1972) , menentukan hubungan viabilitas dengan faktor lingkungan rnenggunakan konsgp age index atau indeks daya simpan sebagai berikut :
.
. .
lndeks daya simpan = t,x 10°.143 x IOD-o645T ...... ..... ..... .................3) dimana : M = kadar air benih (%)
T = suhu ( O C ) Berdasarkan persamaan (I) dan indeks daya simpan diatas, maka Roberts, Abdalla dan Owen dalarn Roberts (1972) menentukan pendugaan umur simpan dengan mengetahui viabilitas benih pada tingkat kemunduran benih yang ditetapkan, misalnya 50%, dan rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :
-
-
log PS = & 0.143 M 0.045T ......................................................4) dimana log PS = logaritma indeks daya simpan pada saat daya berkecambah telah turun menjadi 50%. Dari rumus ini dapat ditentukan nilai k,dan dengan mernasukkan nilai ini pada rumus indeks daya simpan diatas, maka umur simpan benih dapat dihitung. Metode -metode pendugaan umur simpan di atas dilakukan dengan pendekatan hubungan linier antara periode simpan dan viabiliitas benih. Pendekatan ini dilakukan, karena sampai pada batas mutu viabilitas yang dientukan (pada tingkat kemunduran benih 50%), hubungan antara periode simpan dan viabilitas benih masih menunjukkan hubungan yang linier dan belum menunjukkan kurva yang sigmoid.
Dalam
kenyataannya, hubungan antara periode simpan dan viabiliis ini tidak dapat didekati hanya dengan persamaan linier, karena banyak faktor-faktor yang mempengaruhi seperti fungsi biologis dari benih sehingga hams dilakukan pendekatan dengan menggunakan kurva yang sigmoid. Metode pendugaan umur simpan yang menggunakan pendekatan hubungan yang sigmoid antara viabilitas benih dan periode simpan tetapi cukup sederhana dan akurat dilakukan deh Asni (1994), yaitu dengan menggunakan rumus reaksi kinetika untuk menduga umur simpan benih jagung, kedele dan kacang tanah. Asumsi yang digunakan adalah kemunduran viabilitas benih sama atau sejalan dengan kemunduran mutu produk dan mengikuti reaksi ordo 1. Model matematik kemunduranviabilitas benih berdasarkan reaksi kinetik seperti persamaan berikut :
v=
vo- kbtb......................................................................5)
Jika umur simpan prakiraan (k) didasarkan pada daya kecambah standar (minimal 80%, Balai Pengawasan dan Setiikasi Benih), maka umur simpan berdasarkan rumus diatas menjadi :
dimana : Vo = viabilitas awal benih
= viabiliis kritikal benih yaitu pada viabilitas 80% Kb = konstanta kecepatan penurunanviabilitas benih
V,
Dan hasil penelitian Asni (1994), penggunaan rumus kinetika reaksi diatas untuk rnenentukan umur simpan kacang tanah, kedele dan jagung, cukup akurat terutama pada RH 80% dan suhu 25-26" C.
6. Benih Cabai Cabai merah (Capsicum annuum L) adalah sayuran buah yang berasal dari Amerika Tengah dan mempunyai ram yang spesifik yaitu pedas. Kegunaan utama dari cabai adalah sebagai bumbu makanan, dan kegunaan lain yaitu untuk bahan industri obat-obatan, kosmetik, ztrt wama, pencampur minuman dan lain-lain (Duriat, 1996). Buah cabai tergolong buah beny dengan daging buah yang renyah dan kadangkadang lunak pada kultivar tertentu. Di dalam rongga buah cabai terdapat plasenta yaitu tempat melekatnya biji dengan ukuran lubang biji yang berbeda-beda tergantung pada ukuran buah. Jumlah biji yang terdapat pada buah cabai cukup banyak yaitu berkisar antara 64-1 07 butir dengan bobot 100 butimya 0.421-0.616 g (Budiono, 1990). Biji mempunyai kulit biji yang keras dan m a m a kuning jerami, serta di dalamnya terdapat endosperm dan ovule (Kusandriani, 1996). Benih cabai merah dapat diperoleh dengan jalan menyeleksi tanaman cabai merah yang akan diambil buahnya untuk benih. Tanaman yang dipilih hams sehat, berbuah lebat dan seragam serta bebas dari serangan hama dan penyakit. Buah cabai merah setelah dipanen dibelah membujur, biji-bijinya dikeluarkan dan dijemur sampai kering. Biji-biji yang keriput dan hitam dibuang, karena kemungkinan sudah terinfeksi penyaki antraknose. Biji kering tersebut disimpan di tempat yang kering dan bersuhu rendah (Sumami, 1996).
Untuk menghasilkan 1 kg benih diperlukan f 50 kg buah
cabai matang dan di dalam 1 gram biji terdapat It 120 biji . Kualitas benih cabai merah dipngaruhi oleh kematangan buah dan letak bii dalam buah. Benih yang berasal dari bagian tengah buah cabai yang telah matang penuh dapat menghasilkantanaman cabai yang berproduksi tinggi (Webs, 1990). C. KANDUNGAN AIR
Air di dalam k h a n pangan mempunyai peranan yang besar sekali, yaitu sebagai media pelarut pigmen, vitamin dan mineral serta garam dan senyawa citarasa yang larut dalam air terutama pada buah-buahan dan sayur-sayuran. Peranan air dalam bahan pangan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi aktivitas metabolisme seperti aktivitas enzim, mikroba dan kimiawi, yaitu terjadinya ketengikan dan reaksi-reaksi non enzimatis. Peranan air dalam bahan pangan biasanya dinyatakan dengan kadar air dan aktivitas air. Peranan air di udara biasanya dinyatakan sebagai kelembaban relatif (RH) dan keletmbaban mutlak (H) (Syarief dan Halid, 1993).
1. Kadar Air
Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air per satuan bobat bahan yang dapat dinyatakan berdasarkan b m l kering (dry basis) dan berdasarkan berat basah (wet basis). Kadar air secara berat kering adalah perbandingan antara berat air di dalam bahan dengan b r a t bahan keringnya. Berat bahan kering adalah berat bahan setelah dikurangi b r a t airnya. Kadar air secara basis basah adalah perbandingan antara berat air di dalam bahan dengan berat k h a n basah (Syarief dan Halid, 1993). Proses pengeringan dan penyimpanan bahan pangan berhubungan erat dengan kadar air keseimbangan antara bahan dengan RH &n suhu udara'di sekitar bahan. Di dalam suatu ruangan tertutup, bahan yang basah akan mengalami penguapan. Pada suatu saat penguapan ini akan terhenti karena molekui-molekul air yang menguap dari bahan sarna jumlahnya dengan molekul-mdekul air yang diserap oleh bahan ternbut. Kgadaan ini merupakan keadaan keseimbangan antara penguapan dan pngembunan. Pada bahan kering yang tejadi adalah sebaliknya, yaitu bahan akan mengalami penyerapan air dan berhenti pada saat keseimbangan telzlh tercapai (Setijahartini, 1985). Kadar air keseimbangan adalah tingkat kadar air suatu bahan yang dicapai pada kondisi suhu dan kelembaban nisbi tertentu.
Bahan higroskopis akan menyerap
(abrsorpsi) atau melepas air (desorpsi) untuk mencapai kadar air keseimbangannya (Hall, 1957). Pencapaian kadar air keseimbangan dipengaruhi deh kecepatan aliran udara dalam ruang pengering, suhu dan kelembaban relatiif udara, jenis bahan yang dikeringkan serta tingkat kematangan bahan ( B W e r et al., 1981). Penentuan kadar air kesgimbangan dapat dilakukan dengan 2 metode, yaitu cara statis dan cara dinamis.
Pada cara statis, bahan dibiarkan kontak langsung
dengan kondisi udara yang melingkupinya dalam keadaan diam sampai dicapai keseimbangan, sedangkan pada cara dinamis didapatkan dari sistem dirnana bahan atau udara sekiirnya bergerak (Brooker et al., 1981). Besamya kadar air keseimbangan tergantung pada suhu dan RH udara dalam ruangan. Besamya nilai RH yang berkeseimbangan dengan kadar air keseimbangan diwbut sebagai RH keseimbangan (Equilibrium Relative Humidity atau ERH). Secara tearitis ERH penting artinya dalam analisis isotermi sorpsi, sedangkan dalam
penggunaan praktis nilai ERH penting ddam penyimpanan dan pengemasan (Soekarto dan Syarief, 1993). 2. Aktivitas Air
Aktivitas air adalah Mat termodinamik dari produk pangan dalam interaksinya dengan lingkungan udara. Aktivitas air berhubungan dengan kecenderungan atau kemampuan air dalam suatu produk untuk berintemksi dengan lingkungan udaranya (Soekarto dan Syarief, 1993). Secara umum, sifat-sifat suatu sistem pangan dipengaruhi deh energi ikatan antara molekul dengan air dan interaksi antara gugus kimia hidrofiliknya. Energi ikatan total dari gugus kimia ini menunjukkan tekanan uap keseimbangan atau kelembaban absolut dari suatu sistem. Pada suhu yang konstan, tekanan uap dapat dinyatakan dengan kdembaban relatif keseimbangan(ERH) (Rockland and Nishi, 1980). Labuza (1968) menyatakan bahwa aktivitas air (a,)suatu bahan dapat dihitung dengan membandingkan tekanan uap air bahan (P) dengan tekanan jenuh uap air mumi
(Pa) pada kondisi suhu yang sarna. Aktivitas air juga dapat dihitung dengan membagi kelembaban Mi keseimbangan (ERH) dengan 100, atau secara matematis d a m ditulis sebagai berikut :
a,,, = PIP, = ERHII00 .,..............................................,......................7 ) AMifias air menggambarkan sifat dari bahan , sedangkan kelembaban relatii keseimbangan (ERH) menyatakan sifat lingkungan atmasfir yang berada dalam keadaan seimbang dengan bahan tersebut. Bertambah atau berkurangnya kandungan air suatu bahan pada suatu keadaan linqkungan ditentukan oleh ERH. Nilai
a,,, atau kelembaban relatii keseimbangan (ERH) lebih erat kaitannya
dengan stabilitas bahan selama penyimpanan, karena a, berpengaruh terhadap sifatsifat fisik, kimia dan biobgi bahan pangan atau produk-produk alami lain, dibandingkan dengan nilai kadar air total bahan (Roddand dan Nishi, 1980).
3. Isotenni Sorpsi Air Komodias pertanian secara alami bersifat higroskopis yaitu dapat menyerap air dari udara sekeliling dan sebaliknya dapat rnelepaskan sebagian air yang terkandung di dalamnya ke udara sekitar, baik seMum rnaupun setelah diolah. Sifat-Mat hidratasi ini digambarkan dengan kutva imtermi sorpsi air yaitu kutva yang menggambarkan
hubungan antara kadar air bahan dengan kelembaban relatii keseimbangan ruang tempat penyimpanan bahan atau aktivitas air (G)pada suhu tertentu (Soekarto, 1978'). Labuza (1968)
mencdba menerapkan isotermi sorpsi air
ini untuk
mendeskripsikan air dalam menjaga stabilitas pangan seiama penyimpanan. Kuwa isotermi sorpsi ini dipergunakan sebergai dasar untuk penentuan sifat fisikbkimia suatu kornoditas pertanian dan bahan hasil olahannya. Pada umumnya kurva isotermi sorpsi bahan pangan berbentuk sigmoid (menyerupai huruf S), dan isotermi sorpis ini dapat menunjukkan pada kadar air berapa dicapai tingkat ;5, yang diinginkan ataupun dihindari, serta tejadinya perubahanperubahan penting kandungan air yang dinyatakan dalam a,,,. Bentuk kuwa isotermi sorpsi adalah khas untuk setiap bahan pangan, dan daerah isotermiknya dapat dibagi menjadi beberapa bagian tergantung dari keadaan air di dalam bahan pangan tersebut. Kurva isotermi sorpsi air dibagi menjadi 3 seperti terlihat pada Gambar 2. Daerah I merupakan absorpsi air yang bersifat satu lapis air (monolayer), daerah II menyatakan terjadinya pertambahan lapisan diatas satu lapis molekul air (multilayer) dan daerah Ill merupakan daerah dimana kondensasi air pada pori-pori bahan mulai terjadi (kondensasi kapiler) (Van den Berg and Bruin, 1981).
Kadar Air (g/100 g bahan kering)
Aktivitas Air
Gambar 2. Bentuk umum kuwa sorpsi isotermi air dari bahan pangan (Van den Berg and Bruin, 1981). Grafik penyerapan uap air dari udara oleh bahan pangan (kurva adsorpsi) dan grafik pelepasan uap air oleh bahan pangan ke udara (kurva desorpsi) tidak berimpit.
Keadaan ini disebut dengan fenomena histerisis, seperti terlihat pada Gambar 3 (Labuza, 1968). Secara umum, pada nilai a,yang sama, nilai kadar air pada isoterrni desorpsi Iebih besar daripada isoterrni adsorpsi, terutama pada produk-produk alami. Fenomena histerisis tenrtama tejadi pada kisamn nitai a, menengat?,tetapi dapat juga terjadi pada nilai ,a ., rendah dan tinggi (Chung and Pfost, 1967). Derajat keterikatan air di dalam bahan pangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan, komposisi serta struktur bahan pangan. Banyaknya air yang diadsorpsi akan semakin menutun dengan semakin meningkatnya suhu dan ini ditunjukkan dengan bergesemya kurva isotermi sotpsi air ke arah bawah seperti dapat dilihat pada Gambar 4.
Aw
Gambar 3. Fenomena histerisis pada kurva isatermi sorpsi air (Labuza, 1968).
Kadar Air (%)
Kelembaban Relatif ,RH (%)
Gambar 4. Pengaruh suhu terhadap isotermi sorpsi air (Rockland, 1969).
Kompmisi bahan pangan dapat mempengaruhi sifat-sifat sorpsi airnya, terutama komponen-komponen protein, lemak dan polisakarida.
Energi ikatan air
tergantung dari interaksi air dengan komponen-komponen ini yang dapat berupa interaksi hidrofilik ataupun hidrofobik (Okos et a/., 1992) Laju penyerapan air pada bahan pangan juga dipengaruhi oleh struktur bahan pangan tersebut terutama oleh luas perrnukaan dan porositasnya. Pada kelembaban yang tinggi, maka bahan pangan yang mempunyai struktur berpori dapat menyerap air dan menambah lapisan air diatas monolayer (muttilayer). Model isotermi sorpsi air menyatakan model atas dasar teoritis yang digunakan untuk menganalisa isotermi sorpsi yang bisanya dituangkan dalam bentuk model petsamaan matematik. Menurut Van den Berg and Bruin (1981), terdapat lebih dari 70 model matematik untuk isotermi sorpsi yang telah dikembangkan oleh para pakar dari berbagai disiplin ilmu. Umumnya model-model ini hanya berlaku untuk jenis bahan tertentu dan untuk suatu daerah dengan kisaran a,yang terbatas. 4. Analisis Air Terikat
Air di dalam bahan pangan, dapat diklasifikasikan ke dalam 2 tipe yaitu air terikat dan air bebas. Sifat-sifat air bebas pada bahan pangan sama seperti sifat-sifat air biasa pada umumnya dengan aktivitas air (&) = 1, sedangkan air ikatan adalah air yang terikat erat dengan komponen bahan pangan lainnya serta mempunyai a, dibawah 1 (Kuprianoff, 1958). Air ikatan mempunyai sifat yang berbeda dengan air bebas yaitu tidak membeku pada tiiik beku air yang normal, tidak dapat berperan sebagai pelarut dan pereaksi, tidak dapat berperan dalam reaksi enzimatik dan pertumbuhan jasad renik, menghasilkan tekanan uap yang rendah, serta mempunyai tingkat kapasitas panas, berat jenis dan energi ikatan yang tinggi (Soekarto, 1978~). Kuwa isotermi sorpsi air yang berbentuk sigmoid seperti terlihat pada Gambar 1, dapat dihubungkan dengan afinitas air yang berbeda terhadap bahan padat, Soekarto (1978') melaporkan adanya tiga fraksi air ikatan pada bahan kering, yaitu air ikatan primer (AIP), air ikatan skunder (AIS) dan air ikatan tersier (All), sedangkan Rockland (1969) membedakannya atas air monolayer (tipe I), air multilayer (tipe II) dan air yang bebas bergerak (tipe Ill). Air terikat tipe I adalah molekut-molekul air yang terikat pada gugus ionik seperti karboksil dan asam-asam amino. Tipe kedua merupakan air terikat yang diasumsikan
terdiri dari molekul-molekul hidrogen yang terikat pada gugus hidroksil dan amida dari komponen bahan pangan, sedangkan air t i p ketiga adalah air yang tidak terikat atau air bebas yang terdapat pada celah pori-pori dimana efek kapilaritas dari komponen dapat larut seperti gula, asam amino dan garamgaram mnyebabkan penurunan tekanan uap yang sejalan dengan hukum Raoult (Rockland, 1969). Menurut Van den Berg and Bruin (1981) air pada kisaran I dari kurva isotermi sorpsi air (Gambar 2), merupakan air yang terikat sangat kuat dengan entalpi penguapan yang lebih besar dari air mumi. Air ini berlaku seperti bagian dari bahan padat dan air ini diadsorpsi pada sisi aktii dari gugus polar bahan padat. Pada nilai a, yang rendah ini, penyerapan air terjadi pada bahan pangan yang banyak mengandung makromelekul hidrofilik sperti protein dan polisakarida. Air pada kisaran ini tidak dapat berperan pada proses larutan atau bahan padat organik serta tidak dapat digunakan sebagai plastisizer biopolimer. Oleh karena itu, pada kisaran ini bahan padat bertindak sebagai adsorben fisik yang mengadsorpsiair pada sisi aktif. Daerah II dari kurva sorpsi isotermi air mewakili fraksi air yang mempunyai ikatan lebih lemah dibanding air pada kisaran I. Entalpi penguapan aimya sediki diatas entalpi penguapan air murni, dan molekul air diadsorpsi dekat atau diatas air ikatan primer atau berpenetrasi ke dalam lubang-lubang yang baru terbentuk pada struktur gel. Air ini dapat berperan pada proses larutan serta reaksi kimia dan biokimia tergantung pada sifat alami bahan padatnya. Air pada kisaran ini merupakan bentuk transisi dari air t i p pertama dan ketiga (Van den Berg and Bruin, 1981). Air tipe ketiga (daerah Ill) me~pakanair yang mendekati Sat-sifat air bebas, dan secara mekanis terikat pada ruang kosong dari sistem matriks tanaman. Entalpi penguapan air ini tidak lebih besar dari air murni, Penyerapan air yang besar pada nilai
a,yang tinggi menunjukkan terlarutnya komponen-komponen utama dari sistem bahan pangan (Van den Berg and Bruin, 1981).
D. PROSES PENGERINGAN Proses pengeringan hasil pertanian adalah suatu proses pengeluaran atau menghilangkan sebagian air dari suatu bahan sampai kadar air keseimbangan dengan udara lingkungan atau sampai kadar air tertentu dimana jamur, enzim dan serangga yang bersifat merusak tidak dapat aktii lagi (Wall, 1957, Henderson and Perry, 1976).
Fellows (1990) mendefenisikan pengeringan sebagai proses yang menggunakan panas dengan kondisi yang terkendali untuk mengeluarkan sebagian besar air yang secara normal terdapat pada bahan pangan, melalui proses penguapan atau sublimasi (pada pengeringan beku). Defenisi ini tidak mencakup pengeluaran air dari bahan melalui proses pemisahan mekanis, konsentrasi membran, evaporasi atau pembakaran (baking).
Geankoplis (1983) membedakan pengeringan dengan proses evaporasi
dimana pada pengeringan air yang dikeluarkan relatii lebih sedikit dan air dikeluarkan sebagai uap air oleh udara pengering, sedangkan pada proses evaporasi air dikeluarkan dalam bentuk uap pada kondisi titik didih air dan dalam jumlah yang lebih banyak. Berdasarkan defenisidefenisi diatas, maka dapat dibuat batasan umum pengeringan yaitu suatu proses untuk mengeluarkan air dari bahan dengan cara penguapan ataupun sublimasi hingga terjadi penuwnan kandungan air bahan sampai batas dimana mikroba, enzim dan reaksi-reaksi yang menyebabkan kerusakan pada bahan dapat dihambat aktivitasnya dan bahan menjadi lebih awet. Proses penguapan air dari bahan dapat dilakukan dengan menggunakan energi panas (pada pengeringan dengan suhu tinggi) atau dengan cara dehumidifikasi (penurunan RH) ruangan sehingga terjadi keseimbangan RH antara bahan dan lingkungannya. 1. Dasar Proses Pengeringan
Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air dari bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam ha1 ini udara mengandung uap air atau kelembaban nisbi yang lebih lebih rendah sehingga terjadi penguapan (Taib et a/., 1988). Pengeringan menyangkut perpindahan massa (uap) dari bahan dan energi panas ke bahan secara simukan (Hall, 1979). Proses pindah panas yang tejadi dari lingkungan sekiiar bahan akan menguapkan air di permukaan bahan. Air dapat dipindahkan ke permukaan produk dan kemudian diuapkan, atau secara internal pada sebuah interfasa uap dan cair, kemudian dibawa sebagai uap ke permukaan (Okos et
a/., 1992). Proses pindah panas pada pengeringan tergantung pada suhu, kelembaban udara, laju aliran udara, permukaan bahan yang langsung berhubungan dengan udara serta tekanan. Laju perpindahan uap air dari bahan ke udara tergantung pada sifat fisik bahan yang terdiri dari suhu, komposisi dan kadar air awal.
Alat-alat pengering
biasanya menggunakan proses konduksi, konveksi ataupun radiasi pada proses pindah panas dari sumber panas ke bahan yang dikeringkan (Okos eta/., 1992). Barbosa-Canovas and Vega-Mercado (1996) menyebutkan enam mekanisme fisik untuk penjelasan gerakan air di dalam bahan , yaitu : 1) gerakan cairan karena gaya permukaan (aliran kapiler), 2) difusi cairan karena adanya perbedaan konsentrasi , 3) difusi permukaan, 4) difusi uap air di dalam pori-pori yang berisi udara, 5) aliran
karena adanya pebdaan tekanan dan 6) aliran karena terjadinya penguapan dan kondensasi. Penguapan air dari biji-bijian meliputi proses : 1) pelepasan ikatan air dari biji, 2) difusi air dan uap air ke permukaan, 3) perubahan fase dari air menjadi uap air, 4) perpindahan uap air dari permukaan ke udara sekitar dan 5) perpindahan uap air di udara (Bmker et a/., 1981). 2. Udara Pengering Pada proses pengeringan, udara pengering sangat beqoengaruh terutama suhu, kelembaban relatii dan kecepatan aliran udara pengering. Semakin W a r suhu udara pengering, maka perbedaan antara suhu bahan dan suhu udara pengering akan semakin besar, dan ini merupakan faktor pendorong pindah panas dari udara pengering ke bahan. Oleh karena itu penggunaan suhu udara pengering yang semakin tinggi akan mempercepat laju pindah panas (Brooker ef a/., 1981). Besamya suhu udara pengering yang digunakan dalam proses pengeringan tergantung dari jenis dan tujuan penggunaan dari bahan yang dikeringkan. Penggunaan suhu yang terlalu tinggi dapat merusak bahan yang dikeringkan terutama pada bahanbahan yang peka temadap panas seperti benih dan bahan-bahan biologis lainnya, karena dapat merusak daya fisiologis biji atau benih (Taib et a/., 1988). Pada kelembaban relatii (RH) udara pengering yang rendah, maka perbedaan tekanan parsial uap air pada permukaan bahan dengan udara pengering akan semakin besar, sehingga jumlah massa uap air yang berpindah dari bahan ke udara pengering semakin besar.
Kecepatan aliran udara yang tinggi akan mempercepat waktu
pengeringan (Brooker et a/., 1981). Suhu clan RH udara pengering juga dapat mempengaruhi laju dan periode pengeringan. Semakin tinggi suhu pengeringan pada RH yang konstan, maka waktu pengeringan akan semakin pendek, dan dengan semakin tinggi RH pada suhu udara yang konstan maka waMu pengeringan akan semakin panjang (Sigge et a/., 1998).
.
3. Energi Pengeringan Dalam proses pengeringan diperlukan energi untuk udara pengering dan energi untuk menguapkan air bahan. Energi untuk tnemanaskan udara pengering (Heldman dan Singh, 1981) adalah : 41 =
Q(hd
- ho V
......................................................................8)
Energi untuk rnenguapkan air bahan pada pengeringan adalah : q2=waxhf4.................. ......................................................9) " .
Nilai we (laju penguapan air bahan) dan hf, (panas laten penguapan) akan berubah sesuai dengan tingkat kadar air bahan yang dikeringkan. Pada pengeringan dengan menggunakan alat mekanis (pengering buatan), energi diperlukan untuk memanaskan alat pengering, rnengimbangi radiasi panas yang keluar dari alat, memanaskan bahan, menguapkan air bahan serta menggerakkan udara (Brooker et al., 1988). Sumber energi panas yang umum digunakan pada proses pengeringan dapat
benrpa energi rnatahari (pada pengeringan secara alami), biomassa atau dari bahan bakar lain seperti minyak bumi dan batubara serta energi listrik. Energi matahari merupakan sumber energi yang paling murah dan mudah diaplikasikan untuk pengeringan dengan suhu rendah, tetapi penggunaan energi matahari sangat tergantung pada cuaca.
Untuk mengurangi ketergantungan terhadap cuaca maka
penggunaan energi matahari untuk pengeringan dapat dilakukan dengan membuat ruang pengumpul energi panas (Foster, 1982).
Biomassa mt3~pakansumber enetgi altematif untuk pengeringan hasil pertanian dengan suhu tinggi. Bahan biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi adalah limbah hasil pertanian seperti jerami dan tongkol jagung. Biomassa dapat diubah menjadi energi melalui beberapa cara, yaitu: 1) pemanasan langsung dalam tanur, 2) rnengubahnya menjadi gas yang &pat terbakar dengan cara pirolisis dan gasifikasi serta 3) memproduksi gas melalui perombakan yang anaerob atau melalui produksi etanol secara fermtsntasi atau destilasi. Energi listrik yang berasal dari batubara atau bahan bakar selain minyak, juga mempakan sumber energi altematif yang dapat dikembangkan. Untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi panas selama proses pengeringan maka dapat digunakan pornpa panas ataupun microwave (Foster, 1982).
Energi panas lain yang dapat dimanfaatkan adalah energi panas yang berasal dari proses pembuatan kapur sirih (Ca(OH)2) dari kapur api (CaO). Sdama proses ini dikeluarkan sejumlah energi panas yang biasanya terbuang begitu saja. Energi panas ini dapat digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dari bahan yang akan dikeringkan.
4. PengeringanAdsorpsi dan Kemomaksi
Pengeringan adsorpsi adalah proses pengeringan dimana air dalam bahan diserap oleh suatu material penghisap yang disebut adsorben yang bersifat sangat higroskopis. Mekanisme yang terjadi adalah proses penarikan air oleh adsorben dari dalam bahan pangan dengan prinsip penyerapan uap air dari bahan tersebut. Air yang terhisap adsorben tidak hanya pada bagian permukaan adsarben tersebut, tetapi terdistribusi secara merata keseluruh bagian adsorben (Hall, 1957). Adsorben meiupakan bahan yang banyak digunakan secara meluas dalam aplikasi komenial untuk mengurangi kadar air dari gas, cairan atau k h a n padat. Mekanisme pengurangan kadar air dengan adsorben didasarkan pada : 1) reaksi kimia yang menyebabkan terjadinya adsorpsi atau pelepasan uap air dan 2) adsorpsi atau desorpsi fisik (James, 1973). Dalam proses pengeringan adsorpsi, sejumlah bahan dan adsorben diletakkan dalam suatu ruangan tertutup rapat. Adsorben yang digunakan memiliki tekanan uap air yang
sangat
rendah dibandingkan dengan
bahan yang
akan dikeringkan
(Christensen,1974). Proses yang terjadi pada pengeringan dengan menggunakan adsorben didasarkan pada dehumidifikasi udara yang diikuti oleh periode evaporasi yang adiabatis. Air dari produk akan terkondensasi pa& pod-pori adsorben dan panas laten penguapan akan diubah menjadi panas sensibel (Okos et al., 1992). Adsorben atau desikan yang digunakan dalam pengeringan dapat berbentuk gel padat atau cairan. Ertas et a/., (1997) menggunakan desikan cair yang merupaksrn campuran antara CaCi2 dengan litium klorida (LiCI2) dengan perbandingan yang same untuk mengeringkan kacang tanah.
Gd silika merupakan contoh adsarben yang berbentuk padat dan terutama digunakan untuk menjaga kelembaban dalam ruang penyimpanan barang-barang elektronik (Hall, 1957) dan karena kemampuannya untuk menyerap uap air sangat tinggi
maka gel silika juga sering digunakan untuk pengeringan gas yang lembab seperti pada instalasi pengeringan udara (Bemasooni et a/., 1995). Gel silika juga telah digunakan untuk mengeringkan beberapa produk pangan seperti b r a s instan (Yamaguchi dan Kawasaki, 1994), biji-bijian, umbiumbian serta beberapa jenis sayuran (Winamo, 1993). Bentonite (CaCI2) sering digunakan sebagai desikan dalam proses pengeringan maupun sebagai dehumidifier udara selama penyimpanan terutama di malam hari, karena dapat memberi aerasi pada bi~kbijiankering serta mempertahankan kadar air yang seragam dan suhu seiama penyimpanan biji-bijian (Thorruwa et a/., 1998). Zeolit digunakan untuk mengeiingkan bi~kbijianseperti jagung (Alikhani et a/., 1992).
Kalsium sulfat digunakan untuk pengeringan gas beraroma kopi pada
pembuatan kopi beraroma tinggi seperti kopi instan (Cormaci, 1994) serta pada pembuatan anhydrous trehalose (Mandai et at., 1994). Glikol, gliserol dan polihidrik alkohol lainnya secara rutin digunakan sebagai desikan dan humektan untuk mengendalikan RH pada sistem gas alam, bahan pangan dan tembakau (James, 1973). Pengeringan kemoreaksi adalah pengeringan yang juga menggunakan bahan penyerap uap air (adsorben) tetapi melalui mekanisme reaksi kimia antara uap air dari bahan yang dikeringkan dengan adsorben yang disebabkan karena reaktivitas adsorben yang tinggi terhadap air.
Kapur api merupakan bahan penyerap uap air yang
mengandung CaO sebagai bahan aktif. CaO akan bereaksi secara kimia dengan uap air yang terdapat di dalam bahan yang dikeringkan sehingga kadar air bahan akan berkurang. Jika kapur api diletakkan pada ruangan tertutup, maka akan tetjadi penurunan kandungan uap air didalam ruangan tersebut. Selain itu, pada awal proses juga akan tejadi peningkatan suhu, karena pada awal proses pengeringan kandungan CaO masih cukup banyak untuk bereaksi dengan air dan menimbulkan energi panas. Kecepatan penurunan bndungan uap air di dalam ruangan tertutup ini dipengaruhi oleh luas permukaan yang langsung bersinggungan dengan udara, dimana semakin besar luas permukaan maka penyerapan uap air di udara oleh CaO bedangsung lebih banyak sehingga lebih cepat tetjadi penurunan kandungan uap air di udara (Fuadi, 1999). Secara tradisional, kapur api telah banyak digunakan sebagai desikan dalam penyimpanan benih. Pembaan Sadjad (1976) pada benih padi yang disimpan selama 1 tahun dengan bahan desikan CaO hingga kadar air benih mencapai 4.81%, menunjukkan daya berkecambah benih yang masih tinggi dan berbeda nyata dengan benih padi yang disimpan pada kadar air 11.67%.
Saenong (1982) mekakukan penyimpanan benih jagung dengan menggunakan CaO. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa : setelah periode simpan 9 bulan, benih yang berasal dari struktur tanaman vigor tidak menunjukkan perbedaan dengan benih yang berasal dari struktur tanaman kurang vigor baik terhadap daya kecambahnya maupun kecepatan tumbuhnya. Tetapi apabila benih disimpan pada kondisi biasa (tanpa CaO), maka daya kecambah dan kecepatan tumbuh benih yang berasal dari struktur tanaman vigor lebih tinggi daripada tanaman yang tidak vigor.
Daya
berkecambah benih setelah periode simpan 9 bulan untuk benih yang berasal dari tanaman berstruktur vigor dan tidak vigor yang disimpan dengan CaO berturut-turut adalah 96.75% dan 94.75% sedangkan yang disimpan pada kondisi tanpa CaO adalah 93.5% dan 84.5%.
5. Laju Pengeringan Laju pengeringan dalam proses pengeringan suatu bahan mempunyai arti penting, dimana laju pengeringan akan menggambarkan bagaimana kecepatan pengeringan itu berlangsung. Laju pengeringan dinyatakan dengan berat air yang diuapkan per satuan berat kering per jam (Muljohardjo, 1987). Mekanisme pengeringan sering diterangkan melalui teori tekanan uap. Air yang dapat diuapkm dari bahan yang akan dikeringkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan dan yang pertama kaii mengalami penguapan. Laju penguapan air bebas sebanding dengan perbedaan tekanan uap pada permukaan air terhadap tekanan uap udara pengering (Henderson and Pabis, 1961). Periode ini disebut dengan periode laju pengeringan konstan dan pada bijicbijian biasanya terjadi dalam waktu yang singkat, sehingga dapat diabaikan (Henderson and Peny, 1976). Setelah air permukaan habis, maka selanjutnya diusi air dan uap air dari bagian dalam bahan terjadi karena perbedaan konsentrasi atau tekanan uap antara bagian dalam dan bagiin luar dari bahan (Henderson and Perry, 1976). Laju pengeringan pada periode ini sebanding dengan perbedaan tekanan uap antara bagian dalam dan Iuar biji. Pada laju pengeringan konstan, perbedaan tekanan uapnya juga konstan, tetapi dengan adanya penguapan maka tekanan uap didalam biji semakin rendah, okh karena itu laju pengeringannya semakin menurun.
Periode ini disebut dengan laju pengehngan
menurun. Kunra laju pengeringan dapat dilihat pada Gambar 5. Periode antara A (atau A') dan B bisanya singkat dan sering diabaikan dalam analisa waktu pengeringan.
Periode B-C disebut laju pengeringan konstan yang mewakili proses pengeluaran air tidak terikat dari produk yaitu air yang terdapat di permukaan produk dengan nilai a, mendekati 1 (Gearnkoplis, 1983). Pada bebetapa produk laju pengeringan konstan ini tidak terdapat selama proses pengeringmnya, seperti pengeringan ape1 (Labuza and Simon, 1970) dan tapioka (Chirife ,1971) . Laju pengeringan konstan terjadi pada awal proses pengeringan yang kemudian diikuti oleh laju pengeringan menurun (titik C), dibatasi oleh kadar air kritis (M,).
Kedua periode laju pengeringan ini
Periode laju pengeringan menurun dibagi atas dua
subperiode yaitu : 1) laju pengeringan menurun I, yang tejadi jika air di permukaan produk sudah habis dan pennukaan mulai mengering, 2) laju pengeringan menurun 1 I dimulai dari titik D ketika permukaan sudah kering sempuma (Geankoplis, 1083). Waktu yang dibutuhkan oleh bahan untuk melewati kernpat periode pengeringan ini berbeda-beda tergantung dari kadar air awal bahan dan kondisi pengeringan. Jika panas diberikan dengan laju yang tinggi, maka laju pengeringan konstan akan lebih pendek, tetapi jika rendah maka periade penyesuaian awal hingga tercapainya kadar air kritis akan lebih panjang dan periode laju pengeringan konstan sangat pendek sehingga dapat diabaikgn (Okos et a/., 1992).
Laju Pengeringan (kg airljam m2)
LaJu P e n g d ~
Menm I
I
I I I
c
1 y4
Laju Pageringan Konstan
1 i
.+i;
A'
I
A
E; I I
Mc
-+Kadar air Gambar 5. Kurva laju pengeringan (Geankoplis, 1983).
6. Mutu Produk KerSng Proses pengeringan dapat mempengaruhi mutu produk yang dikeringkan. Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa pengeringan dapat merubah sifat-sifat kimiawi, fisik maupun nilai gizi dari bahan yang dikeringkan. Tabel 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi mutu produk selama pengeringan (Okos et a/., 1992). Fisik
Kimiawi
Nilai Gizi
Reaksi Pencoklatan
Rehidrasi
Kehilangan Vitamin
Oksidasi Lemak
Kelanrtan
Kehilangan Protein
Kehilangan Wama
Tekstur
Kerusakan Mikrobiilogis
Kehilangan Aroma Pengaruh proses pengeringan terhadap mutu produk kering terutama oleh penggunaan suhu yang tinggi dan nilai aMivitas air (&) dari produk yang dikeringkan. Kerusakan yang umum terjadi pada biji-bijian dan kacang-kacangan yang dikeringkan dengan suhu tinggi adalah terdapatnya biji pecah, berat biji menurun, meningkatkan persentase biji yang mengapung serta menurunkan daya kecambah dan indeks kelarutan nitrogen dari biji (Peplinski et a/., 1994). Pengeringan biji gandum dengan suhu yang tinggi akan menurunkan viabilitas (daya kecambahnya) yang disebabkan oleh terdenaturasinya protein lembaga biji (Lupano dan Anon, 1986). Kerusakan utarna yang terjadi pada pengeringan buah-buahan dan sayuran adalah terjadinya case harrlening dan perubahan wama yang tidak diinginkan. Case
hardening terjadi akibat laju pengeringan yang terlalu cepat sehingga laju penyerapan uap air okh udara pengering menjadi lebih cepat dibanding laju difusi uap air dari dalam ke perrnukaan produk, akibatnya bagian luar produk menjadi kering dan mengeras sehingga menghambat keluamya uap air dari dalam, dan bagian dalam produk masih tetap berair (Winamo, 1993). Penggunaan udara panas dengan suhu tinggi pada proses pengeringan juga dapat menyebabkan perubahan wama dan menufunkan nilai gizi dari produk yang dikeringkan.
Cranbenies yang dikeringkan dengan rnenggunakan microwave oven
dengan suhu yang lebih rendah, mempunyai wama yang lebih merah dan tekstur yang lebih lunak dibanding cranbemes yang diketingkan secara konvensional dengan udara
panas bersuhu tinggi (Yongsawatdigul and Gunasekaran, 1996). Buah anggur yang dikeringkan dengan udara panas bersuhu 40' C akan mengalami perubahan warna serta penurunan nilai gizi dan sifat-sifat sensorinya (Simal eta/., 1996). Pengaruh nilai aktivitas air terhadap mutu bahan pangan dapat dilihat dari hubungan antara ambang batas nilai a, dengan kecepatan reaksi kerusakan yang digambarkan dengan peta stabilitas bahan pangan. Dari Gambar 6 dapat dilihat bahwa laju feaksi oksidasi lemak, reaksi non enzimatis, aktivitas enzim, kerusakan mikrobiologis, kerusakan wama, aroma dan flavor merupakan fungsi dari a ., Pengeringan adsorpsi merupakan proses pengeringan dengan suhu rendah sehingga mutu produk yang dihasilkan menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan produk yang dikeringkan dengan menggunakan suhu tinggi. Kehilangan minyak atsiri pada lada yang dikeringkan dengan pengeringan adsorpsi lebih rendah dibandingkan dengan metode pengeringan dengan suhu tinggi lainnya (Halim, 1995). Benih yang dikeringkan dengan pengeringan adsorpsi menggunakan kapur api juga mempunyai viabilitas yang tinggi (Fuady, 1999).
Gambar 6. Peta stabilitas bahan pangan sebagai pengaruh aktivitas air dan sifat isotermi sorpsi bahan pangan (Labuza, 1980).
