SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2017
MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN
TEKNIK PENGOLAHAN HASIL PERTANIAN
BAB VI KANDUNGAN AIR
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN 2017
BAB 6. TEKNIK PENGENDALIAN KANDUNGAN AIR A. Kompetensi Inti Menguasai materi, Struktur, konsep dan pola pikir keilmuan yang mendukung mata pelajaran yang diampu. B.Kompetensi Dasar Mengelola teknik pengendalian kandungan air C. Uraian Materi Pokok Sarana dan prasarana teknik pengendalian kandungan air dan teknologi pengeringan pada bahan khususs (freeze drying, vaccum drying, spray drying). Pengeringan Pengeringan merupakan salah satu unit operasi energi paling intensif dalam pengolahan pasca panen. Unit operasi ini diterapkan untuk mengurangi kadar air produk seperti berbagai buah-buahan, sayuran, dan produk pertanian lainnya setelah panen. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut. Pengeringan adalah pemisahan sejumlah kecil air dari suatu bahan sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu nilai rendah yang dapat diterima, menggunakan panas. Pada proses pengeringan ini air diuapkan menggunakan udara tidak jenuh yang dihembuskan pada bahan yang akan dikeringkan. Air (atau cairan lain) menguap pada suhu yang lebih rendah dari titik didihnya karena adanya perbedaan kandungan uap air pada bidang antar-muka bahan padat-gas dengan kandungan uap air pada fasa gas. Gas panas disebut medium pengering, menyediakan panas yang diperlukan untuk penguapan air dan sekaligus membawa air keluar. Air juga dapat dipisahkan dari bahan padat, secara mekanik menggunakan cara pengepresan sehingga air keluar, dengan pemisah sentrifugal, dengan penguapan termal 1
ataupun dengan metode lainnya. Pemisahan air secara mekanik biasanya lebih murah biayanya dan lebih hemat energi dibandingkan dengan pengeringan. Kandungan zat cair dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke bahan lain. Ada bahan yang tidak mempunyai kandungan zat cair sama sekali (bone dry). Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit fraksi air sebagai air terikat. Kandungan air dalam suatu bahan dapat dinyatakan atas dasar basah (% berat) atau dasar kering, yaitu perbandingan jumlah air dengan jumlah bahan kering. Tujuan pengeringan untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas perkembangan organisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau bakteri terhenti sama sekali. Dengan demikian bahan yang dikeringkan mempunyai waktu simpan lebih lama. Dalam industri makanan, proses pengeringan ini digunakan untuk pengawetan suatu produk makanan. Mikroorganisme yang dapat mengakibatkan pembusukan makanan tidak dapat dapat tumbuh pada bahan yang tidak mengandung air, maka dari itu untuk mempertahankan aroma dan nutrisi dari makanan agar dapat disimpan dalam waktu yang lebih lama, kandungan air dalam bahan makanan itu harus dikurangi dengan cara pengeringan. Metode Umum Pengeringan Metode dan proses pengeringan dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara yang berbeda. Proses pengeringan dapat dikelompokkkan sebagai: 1.
Batch; bahan dimasukkan ke dalam peralatan pengering dan pengering berlangsung selama periode waktu tertentu.
2.
Kontinu; bahan ditambahkan secara terus-menerus ke dalam pengering dan bahan kering dipindahkan secara terus-menerus.
Spray drying merupakan sebuah teknologi yang digunakan perusahaan besar dalam proses pembuatan makanan maupun minuman serbuk. Teknologi ini memamfaatkan kemampuan semprot alat yang mengubah bahan dasar makanan cairan menjadi serbuk kering. Maraknya di zaman sekarang banyak di temukan makanan dalam bentuk serbuk karena kemajuan teknologi spray drying untuk
2
membuat makanan tersebut . Makanan serbuk atau bisa dinamakan makanan bubuk instan ini adalah produk pangan yang berbentuk butiran-butiran. Penggunaannya dapat melarutkan butiran-butiran tersebut dalam air, bisa dalam bentuk air panas maupun air dingin. Selain digunakan untuk membuat makanan serbuk, spray drying juga banyak digunakan untuk membuat obat-obatan, vitamin, mineral, asam lemak, dan protein. Spay drying juga mampu membuat senyawa fitokimia sehingga mampu mengkapsulkan probiotik yang sangat baik bagi system pencernaan manusia. Alat semprot yang biasa digunakan perusahaan besar dalam spray drying untuk membuat makanan serbuk dinamakan spray dryer. Keuntungan penggunaan spray drying: Spray drying untuk membuat makanan serbuk juga memilki banyak keuntungan seperti spray dryer dapat menghasilkan produk yang bermutu tinggi, berkualitas, serta tingkat kerusakan gizi yang rendah. Selain itu, spay dryer juga dapat meminimalisir perubahan warna, bau, dan rasa pada makanan. Hal ini terjadi karena spray dryer dapat mengeluarkan suhu yang relative rendah dan proses pegeringan bahan makanan dalam bentuk bubuk atau serbuk terjadi sangat cepat. Umumnya prosuk yang dikeluarkan dari spary dryer ini bersuhu antara 7090 derajat celcius. Sehingga membawa keuntungan bagi perusahaan yang meproduksi berbagai jenis produk instan yang mudah mengalami kerusakan (denaturasi). Dengan teknologi spray drying untuk membuat makanan serbuk dapat meminimalisir resiko kerusakan dari produk yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan mudah rusak bila suhu terlalu panas atau terkena suhu ruang panas dalam waktu yang lama. Maka dari itu bahan-bahan yang mudah mengalami kerusakan seperti susu, sari buah, hingga probiotik dapat tetap mempunyai kualitas baik jika diproses dengan mesin spray dryer. Kerugian penggunaan spray drying: Seperti harga dan biaya operasional yang cukup menguras kantong oleh karena itu, teknologi spray drying jarang digunakan untuk industry menengah dan industry kecil. Umumnya proses pengolalan makanan serbuk yang dilakukan
3
industry yang tengah berkembang dalam proses pembentukan serbuk instan dilakukan dengan kristalisasi. Prinsip kerja spray dryer: Dalam proses spray drying untuk membuat makanan serbuk mamiliki prisip kerja di mana dengan menyemprotkan cairan melalui otomizer dan cairan tersebut akan melewati ke dalam aliran gas panas dalam sebuah tabung. Sehingga air tetesan bisa menguap dengan sangat cepat dan yang tertinggal hanyalah bubuk dari makanan maupun minuman yang diproses dengan kadar air yang sangat rendah dan dengan kualitas gizi yang masih bagus terjaga.
Gambar 1. Spray drying Mekanisme kerja spray drying : Prinsip dasar Spray drying adalah
memperluas permukaan cairan yang akan dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi untuk proses penguapan dan menyerap uap air yang ke luar dari bahan.
Bahan (cairan) yang akan dikeringkan
dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan) sehingga keluar dalam bentuk butiran (droplet) yang sangat halus. Butiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil pengeringan berupa bubuk akan berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya dialirkan ke bak penampung.
4
Parameter Kritis Spray Drying: Suhu pengering yang masuk, Suhu pengering yang keluar, Viskositas bahan (larutan) yang masuk, Tegangan permukaan, Suhu bahan yang masuk, Tingkat volatilitas bahan pelarut, Bahan dasar nozzle umumnya terbuat dari stainless steel karena tahan karat sehingga aman dalam proses penggunaannya. Pengeringan beku (freeze drying) merupakan salah satu teknik pengeringan pangan. Produk pangan pertama yang diproses dengan teknologi pengeringanbeku adalah kopi; khususnya kopi instan. Sebagaimana diketahui saat ini produk kopi instan telah menjadi produk pangan praktis yang populer di berbagai belahan dunia, termasuk Indonesia. Saat ini berbagai jenis produk olahan lainnya; seperti buah, sayuran, daging, telur, bumbu, serta berbagai jenis sup instan siap saji banyak dihasilkan dari teknik pengeringan-beku ini. Namun demikian; teknologi pengeringan beku ini sangat berperan penting pada pengembangan dan produksi berbagai jenis produk inovatif lainnya; terutama untuk keperluan camping dan/atau hiking, ekspedisi luar angkasa, obat, vaksin, enzim, dan lain sebagainya. Pada prinsipnya; berbagai bahan pangan yang cocok dan relatif mudah untuk proses pengeringan-beku adalah produk pangan larutan, lapis tipis daging, dan irisan buah/ sayuran, atau buah/sayuran utuh yang berukuran kecil. Di pasaran global, bisa kita jumpai berbagai jenis produk pangan kering-beku ini -seperti udang (utuh atau pun potongan), daging kepiting, lobster, daging sapi, dan daging ayam. Ada juga campuran aneka sayur yang merupakan bagian sup; atau pun produk bubur yang siap disajikan hanya dengan penambahan air panas saja. Hampir semua jenis buah dan sayuran bisa dikeringbekukan; termasuk kacang- kacangan, jagung, tomat, berries, nanas dan lain-lain. Mekanisme pengeringanbeku: Prinsip teknologi pengeringan beku ini imulai dengan proses pembekuan pangan, dan dilanjutkan dengan pengeringan; yaitu mengeluarkan/ memisahkan hampir sebagian besar air dalam bahan yang terjadi melalui mekanisme sublimasi. Secara ilustratif, proses pengeringan beku ini dijelaskan seperti pada Gambar 2.
5
Gambar 2. Skema ilustratif mekanisme terjadinya pengeringan beku Proses pengeringan beku sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2, dapat dijelaskan dalam bahan pangan secara kontinyu akan berkurang melalui proses sublimasi. Perbedaan antara proses pengeringan beku dengan pengeringan biasa dapat diilustrasikan pada Gambar 3. Pada Gambar 3A, proses pengeringan biasa terjadi melalui mekanisme penguapan pada suhu panas, sehingga bagian pangan yang kering akan terjadi perubahan kimia (gelatinisasi pati, karamelisasi gula, dan/ atau denaturasi protein) yang menyebabkan terbentuknya kerak dengan menggunakan diagram fase air pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram fase air untuk menjelaskan proses sublimasi pada pengeringan beku
6
Gambar 4 . Perbedaan mekanisme pengeringan biasa dengan pengeringan beku
Mesin Pengering Vakum (Vacuum Drying) Mesin vacuum drying (pengering vakum) adalah mesin yang berfungsi untuk mengeringkan atau menurunkan kandungan air pada suatu produk dan dilakukan pada suhu rendah secara konstant (suhu bisa diatur sesuai kondisi).
7
Prinsip Kerja Vacuum Drying: memanaskan produk pada suhu tertentu (sistem oven/ kering) yang bisa diatur dan konstan disertai dengan proses pemvakuman uap air yang dihasilkan dari pemanasan produk atau bahan tersebut tanpa menggunakan media tertentu, lain halnya dengan vacuum frying yang menggunakan media minyak goreng (penggorengan). Vakum ialah proses menghilangkan air dari suatu bahan, bersama dengan penggunaan panas maka vakum dapat menjadi suatu metode pengeringan yang efektif. Pengeringan dapat dicapai dalam suhu yang lebih rendah sehingga lebih hemat energi. Metode ini cocok untuk yang sensitif terhadap panas atau bersifat volatil karena waktu pengeringannya yang singkat. Kelebihan yang lain dari pengeringan menggunakan mengeringkan bahan vakum ialah dapat digunakan untuk mengeringkan bahan yang tak bisa dikeringkan jika terdapat kehadiran air. Mesin vacuum drying ini biasanya digunakan untuk produk yang dikeringkan harus dengan suhu rendah, agar gizi tidak rusak. Vacum drying ini bermanfaat untuk pengeringan sayur-sayuran dan produk lainnya sesuai dengan keinginan Anda. Mesin ini digunakan untuk berbagai keperluan, antara lain mengeringkan sayursayuran pada suhu tidak terlalu tinggi, sehingga nilai gizi tidak hilang. Komponen vacuum drying
Keterangan: 1. Termometer 3. Pressure Gauge 5. Rak 7. Dinding Luar
2. Katup hisap uap/ katup masuk 4. Bahan 6. Dinding Dalam 8. Busa Penahan Panas
8
9.Katup Hisap 10.Pipa Hisap 11.Kompor (Sumber Kalor) 12.Dudukan Ruang Vakum 13.Filterisasi 14.Air 15.Katup Buang 16. Pompa Vakum 17.Katup Isap Uap 18.Selang Isap Uap 19.Selang Buang Cara Kerja Alat: Minyak dari oil purifier dengan suhu 90-95◦ C dipompa dan di tampung dalam float tank untuk seterusnya dihisap oleh vacuum dryer. Di bawah pelampung terpasang toper freeze drying kehampaan dalam vacuum dryer tetap terkendali ( 50 TORR). Selanjutnya, melalui nozzle minyak akan disemburkan ke dalam bejana sehingga penguapan air menjadi lebih sempurna. Untuk menjaga keseimbangan minyak masuk dan ke luar dari bejana, digunakan float value di bagian bawah bejana.
E. Referensi Hariyadi, P. 2013. Freeze Drying Technology for Better Quality & Flavor of Dried. Foodreview Indonesia. Vol . VIII/No. 2/ Februari 2013 Dahrul Syah. 2012. Teknologi Pangan. IPB Press. Bogor
9
