MEMPELAJARP KONDISI OPERAS1 DAN
KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE JAWA (Piper retrofractunz VultS)
Olell : WSDIYANI
TEP 97197
PROGRAM STUD1 ILMU KETEKNIKAN PERTANIAN PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANAN BOGOR 2002
-
sesungguhnya dalam pencipfaan langit dan bumi, silih berganfinya malam da siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang ALLAH turunkan dari langif berupa air, lalu clengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mafi(kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi ifu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan ysng dikendaliken anfara langif da bumi; sungguh ferdapat fanda-fanda keesaaan dan kebesaran ALLAH bagi kaur. yang memikirkan. (Al-Baqarah (2) : 164)
D a n sesungguhnya telah Kami mudahkan Al-Qur'an untuk pelajaran, maka adakah orang yang mengambii peiajaran? (A/-Qamar (54) : 17) I
Karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta, Ananda Buah hafi, spirif hidup, harapan masa depan,
PANCAR PRIANGGA PUTRA NEGARA dan PROUDHIA PERKASA P W R A NUSANTARA, Suami fercinfa; atas cinta, dorongan , mofivasi, dan pengorbanan,
DRS. AHMAD &GDM dan
seluruh keluarga besar
PARTO RAHARJO dan D. HOLLA
MEMPELAJARI KONDISI OPERAS1 DAN
KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE JAWA (Piper retrofraciurn Valzl)
Oleh :
KISDlYANI
TEP 97197
Tesis sebagai salah satu syarat memperoleh Gelar Magister Sains pada Program Pascasarjana lnstitut Pertanian Bogor
\,
PROGRAM STLDI E M U KETEKNLKAN PERTANIAnT PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
SURATPERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA CAB€ JAWA ( Piper Retrofractum Vahl.) adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Februari 2002
TEP 97197
ABSTRAK
Kisdiyani. TEP 97197. MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE JAWA (Piper refrofracfum Vahl). Di bawah bimbingan DR. Ir. Armansyah H. Tambunan (Ketua), DR. Ir. Sutrisno (Anggota) dan DR. IF. Purwiyatno Hariyadi (Anggota). Untuk memperoleh mutu hasil pengolahan yang baik terhadap tanaman obat, khususnya cabe jawa, digunakan teknik pengeringan beku dalam proses pengeringan. Percobaan dilakukan dengan dua perlakuan yaitu 3 tingkat laju pembekuan dan 3 tingkat tekanan untuk mempelajari kondisi operasi dan karakteristik pengeringan beku cabe jawa yang berbentuk pasta. Asumsi yang digunakan pada analisa data adalah pindah panas dan pindah massa yang terjadi berlangsung satu arah dan bahan dianggap berbentuk lempeng tak hingga. Proses pengeringan beku diawali dengan proses pembekuan bahan dengan metode lempeng sentuh, dilanjutkan dengan proses pengeringan primer dan pengeringan sekunder. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan dan laju pembekuan yang diberikan maka semakin besar nilai konduktivitas bahan. Hal ini rnengakibatkan waktu pengeringan beku semakin cepat. Selanjutnya, diperoleh bahwa sernakin tinggi tekanan yang diberikan maka semakin besar nilai permeabilitasnya. Sedang peilakuan laju pernbekuan memberikan kecenderungan yang kurang pasti terhadap permeabilitas. Proses sublimasi yang memanfaatkan panas konduksi lebih dari 90% dicapai bila tekanan yang digunakan adalah tinggi. Dari segi mutu, dengan metode standar Materia Medika Indonesia (MMI) maka pengeringan beku mernberikan hasil yang lebih baik dibanding dengan metode pengeringan oven dan memenuhi standar MMI. Dengan metode spektrometri massa, pengeringan beku menghasilkan kadar piperin 19% !ebih tinggi dibanding dengan metode pengeringan oven. Dengan analisa GC-MSD diperoleh bahwa pengeringan beku dengan tekanan 47,98 Pa mampu mempertahankan 10 senyawa yang terkandung dalam cabe jawa, sedang pada tekanan 75,98 Pa sebanyak 9 senyawa dan tekanan 23,39 Pa sebanyak 8 senyawa.
Judul
: MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN KARAKTERlSTlK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE JAWA (Piper retrofractum Vahl)
Oleh : Kisdiyani
NRP : 97197 Menyetujui, Ketua Komisi
bimbing
-Dr. Ir. Armansyah H Tambunan. MAqr NIP. 131 667 791
Dr. Ir. Sutrisno, MAnr Anggota Ketua Program Studi
Tanggal lu{us : 15 Februari 2001
PRAKATA
Puji syukur ke hadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tesis ini disusun berdasarkan penelitian yang telah dilakukan. Penulis berharap tulisan ini dapat memberikan gambaran rnengenai pengeringan beku, pindah panas dan massa, serta mutu hasil pengeringan beku cabe jawa. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tulisan ini, namun semoga karya ini tetap memberi manfaat bagi pembaca. Dalam kesempatan ini penulis ingin rnenyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. DR. ir. Armansyah H. Tambunan, selaku ketua komisi pembimbing sekaligus
dosen penguji atas segala motivasi, pengertian dan semua bantuannya,
2. DR. Ir. Sutrisno, selaku anggota komisi pembimbing sekaligus dosen penguji atas segala dorongan dan bimbingannya,
3.
DR. Ir. Purwiyatno Hariyadi, selaku anggota komisi pembimbing sekaligus dosen penguji atas segala bantuan dan bimbingannya,
4.
Dewan Riset Nasional RUT IV tahun anggaran 1998-2000 dan BPPS Dikti Depdiknas atas bantuan dananya,
5. Abdul Kodir, Yenny serta Suandi, we are the best team !!! 6.
Prihanani, Arista, Niki dan Tiwi, atas dorongan dan spiritnya,
7.
Rekan-rekan TEP '97 : M. Solahudin, Doddy, Yose, Edi J, d m Domma,
8.
Rekan-rekan TEP S3: Bambang, Momon, Amin, Edwart, Trisasiwi, Wuryani,
9.
Muti dan Yuspidallping atas dukungan dan motivasinya,
10. Suharto, selaku teknisi di Lab. Pindah Panas dan Massa,
11. Hernani, Bapak Eko dan Tri Tiyaningsih selaku peneliti Balittro, 12. Linda dan Erna, selaku peneliti di Lab. Doping Depkes Jakarta, 13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala duku-
ngannya. Bogor, Februari 2002 Penulis
Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 12 Nopember 1968 dari seorang bapak bernama Parto Raharjo dan ibu bernama Jumirah. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SDN Balapan no 30 Solo pada tahun 1981 dan Sekolah Menengah Pertama di SMPN 4 Solo pada tahun 1984. Tahun ajaran 19841985 penulis melanjutkan sekolah di SMA Muhammadiyah 1 Solo dan sejak tahun ajaran 1985-1988 penulis bersekolah di SMAN 2 Solo sampai lulus pada tahun 1988.
Sejak tahun 1988 penulis tercatat sebagai mahasiswa di IPB jurusan
Mekanisasi Pertanian dan dinyatakan lulus pada tanggal 11 Januari 1993. Sejak tahun 1994 penulis bekerja sebagai staf pengajar di Universitas Sahid Jakarta pada Fakultas Teknik sampai saat ini.
Pada :shun 1997 penulis
berkesempatan menuntut ilmu di Program Pascasarjana IPB pada prograni studi llmu Keteknikan Pertanian dan dinyatakan lulus pada tanggal 15 Februari 2001. Penulis menikah dengan Drs. Ahmad Hadiri pada tanggal 20 April 1996 dan kini dikaruniai dua orang putra bernama Pancar Priangga Putra Negara, January Eighteen (Alm) dan Proudhia Perkasa Putra Nusantara.
DAFTAR IS1 Dafiar Isi.............................................................................................................i
...
Daftar Tabel...........................,.............................................................III Daftar Gambar .................................................
................................. ................ iv
Daftar Lampiran.. . ..................... ...... ...... ...... ... ...... ... .............................,vi
...
Dafiar Simbol.. . ... ............... ...... ... ......... ... ...... .......... ......... ...... ..... .. .....VIII
PENDAHULUAN Latar Belakang .................................................................................................. 1 Tujuan Penelitian ................................................................ ........... ................... 4
TINJAUAN PUSTAKA Cabe Jawa (Piper retrofractum'VAHL.) ....... ....... . . ... ......... . ................. ..... . . ........ 6 Pengeringan Beku............................................................................................. 5 Proses Pirtdah Panas dan Massa.. . ... ... ..... .................................................... I 5
PENDEKATAN TEORlTlS Teoritis Pengeringan Beku Model Slab.................. ... ...... ............................... 19 Aliran Panas Selama Pengeringan Beku............... ... .................. . .. ... ... .....22
METODOLOGI Tempat dan Waktu Penelitian.............................. ... ....................................... 25 Bahan, Alat dan Metode.................................................................................25 Pengamatan dan Kajian............ ............ ............. ............................................3 1
HAS11 DAN PEMBAHASAN Karakteristik Pengeringan Beku..............................................................38 Profil Suhu dan Laju Pembekuan................... ...... ...................................38 Profil Suhu dan Laju Pengeringan..................... ............................... .......41
52 Proses Pindah Panas dan Massa...........................................................
Pengaruh Kondisi Operasi Terhadap Nilai Konduktivitas Panas dan Permeabilitas Uap air ..........................................................................53 Aliran Panas Selama Pengeringan Beku.................................................. 58 Pengaruh Kondisi Operasi Terhadap Mutu Hasil Kering Beku Pasta Cabe Jawa ...............................................................................................-63 Porositas Bahan Kering Beku................................................................63 Mutu Hasil Pengeringan Beku................................................................65
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan......................................................................................... 69 Saran ................................................................................................. 71
DAFTAR PUSTAKA ................................................................... -72 Lampiran ...................................................................................75
DAFTAR TABEL
No 1.
Teks
Halarnan
Kisaran Konduktivitas Termal Bahan Hasil Pengeringan Beku.........5
2. Kadar Kandungan Air. Piperin. dan Minyak Atsiri ......................... 9 3.
Perbedaan Metode dan Mutu Produk Antara Pengeringan Konvensional Dan Pengeringan Beku........................................................ 16
4.
Periakuan yang Diberikan dalarn Penelitian................................. 30
5.
Kondisi Pembekuan Cabe Jawa ................................................. 41
6.
Kondisi Pengeringan Beku Cabe Jawa.......................................44
7.
Nilai Konduktivitas Panas dan Perrneabilitas Cabe Jawa ................ 53
8.
Efisiensi Energi Selarna Proses Pengeringan Beku........................ 61
9.
Hasil Perhitungan Energi Sublirnasi dan Sensibel Cabe Jawa .......... 62
10. Aliran Panas aan Pengaruh Tekanan dan Laju Pernbekuan Selarna Pengeringan Beku...................................................................62 11. Ukuran Pori Bahan Kering Beku dan Kering Oven.........................65 12. Hasil Analisa Mutu Cabe Jawa ................................................... 66 13. Fragmentasi Senyawa-senyawa Cabe Jawa .................................68
DAFTAR GAMBAR No
Halaman
Teks
1.
Bentuk Tanaman dan Buah Cabe Jawa.....................................7
2.
Hubungan antara Suhu dan Tekanan Uap Air ............................. 13
3.
Perpindahan Panas & Massa selama Proses Pengeringan Beku....15
4.
Skema Fluks Panas dan Massa Selama Pengeringan Beku pada Sampel...............................................................................19
5.
Sampel Holder dan Titik Pengukuran Suhu untuk Menganalisa Sifat Konduktivitas Panas dan Permeabilitas Lapisan Kering Selarna Pengeringan Beku...................................................... 26
6.
lnterpolasi Penentuan L a j Pergerakan ~ Lapisan Kering pada Kondisi ....................................................... AwaVAkhir dan Selainnya 33
7.
Sebaran Suhu Cabe Jawa Selama Pernbekuan...........................39
8.
Sebaran Suhu Cabe Jawa Selarna Pengeringan Beku .................. 42
9.
Tahapan dalarn Pengeringan Beku ............................................ 43
10. Pengaruh Tekanan Terhadap Waktu Pengeringan......................45 11. Pengaruh Laju Pembekuan Terhadap Waktu Pengeringan Beku ....46 12. Proses Pengeringan Beku Pada Pasta Cabe Jawa .....................47 13. Penurunan Kadar Air Bahan Akibat Berbagai Perlakuan yang Diberikan............................................................................. 49 14. Karakteristik Kuiva Pengeringar,............................................. -50 15. Laju Pengeringan dengan Berbagai Perlakuan yang Diberikan.......51
16. Laju Pengeringan. Pergerakan Lapisan Kering dan Fraksi Air
........52
17. Sebaran Nilai Konduktivitas Panas dengan Tekanan 23.99 Pa.......55 18. Pengaruh Tekanan Terhadap Nilai Konduktivitas Panas
...............56
19. Pengaruh taju Pembekuan Terhadap Nilai Konduktivitas Panas Cabe Jawa .........................................................................-57 20. Sebaran Nilai Permeabilitas dengan Tekanan 23.99 Pa..................57 21. Pengaruh Konduktivitas Panas Bahan Terhadap Waktu Pengeringan Beku................................................................................... -59 22. Pengaruh Permeabilitas Terhadap Waktu Pengeringan Beku.........60 23 . Grafik Panas Radiasi Heater dan Panas Konduksi pada Tekanan 23.99 Pa dan Laju Perr~bekuan4.39 cmljam...................62
DAFTAR LAMPIRAN
No
Te ks
Halaman
1.
Komposisi Jamu Hasil Survey Wilayah Bogor Kota, Ciawi Dan Sekitar Kampus IPB Darmaga............................................ 76
2.
Data Jamu Hasil Survey Selama Persiapan Penelitian.................. 77
3.
Alat Pengering Beku Skala Laboratorium dan Wadah Sampel...... .78
4.
Blender dan Seperangkat Pengukur Kadar Air ............................79
5.
Nilai-Nilai Pustaka yang Digunakan dalam Pengolahan Data.. .......80
6.
Grafik Sebaran Suhu cabe Jawa Selama Pembekuan MasingMasing Perlakuan.................................................................81
7.
Grafik Sebaran Suhu Cabe Jawa Selama Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan........................................................ 83
8.
Grafik Panas Radiasi Heater dan Panas Konduksi Selama Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan.............................. 85
9.
Grafik Penurunan Massa dan Kadar Air Cabe Jawa Selama Selama Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan.. ................87
10. Grafik Pergerakan Lapisan Ker'ing dan fraksi Air Selama Pengeringan Beku Cabe Jawa Masing-Masing Perlakuan..............89
11. Laju Pengeringan Cabe Jawa Selama Pengeringan Beku Beku Masing-Masing Perlakuan............................................... 91 12. Kromatogram Hasil GC/MSD dengan Perlakuan Tekanan Yang Diberikan......................................................................93 13. Grafik Karakteristik Pengeringan Beku Cabe Jawa MasingMasing Perlakuan.. .............................................................. .97
14. Tabel Nilai Kadar Air Selama Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan............................................................................99
DAFTAR SIMBOL
A,
luas permukaan bahan
A,
luas lempeng pemanas (heater)
Cp,,
panas jenis bahan awal
Cp, panas jenis bahan kering
Cp, panas jenis bahan beku C ,
panas spesifik uap air,
pf
massa jenis bahan beku
p,,
massa jenis awal
pw
massa jenis es
p,
massa jenis bahan kering
a
tetapan Stefan-Boltzrnan
h
konduktifdas panas bahan,
V,,
volume bahan
e
emisivitas
&
perubahan ketebalan bahan yang telah kering
Q,,
panas konduksi
Q,,
panas radiasi
Q,,,
panas sensibel
Q,,
panas sublimasi
ef
suhu lapisan beku bahan,
8,
suhu permukaan lapisan kering,
K
h
selang waktu pengukuran
detik
H,
panas laten sublimasi es,
H , panas laten sublimasi bahan K
permeabilitas bahan,
k,, kadar air awal L
ketebalan awal bahan,
ma
rnassa akhir setelah sublimasi,
ma* massa kering mutlak bahan, rna~i, massa akhir bahan ma,
massa yang menyublirn,
m ,a,
massa awal bahan
rnd
rnassa bahan kering,
mf
massa es
m,
rnassa awal bahan,
m,
massa padatan
mt
massa bahan pada saat t,
mu
massa uap air daiam bahan,
M,
berat molekul air,
rn, "1,"
laju pindah massa air bhn, massa air bahan
p
nilai rata-rata sifat pindah massa per periode
a
nilai rata-rata sifat pindah panas per periode viii
-
Pf
tekanan kesetimbangan uap es,
P,
tekanan ruang penyering,
qsub
laju pindah panas sgblimasi ,
R
tetapan universal gas,
t
waktu,
TI
suhu lempeng pemanas (heater)
Tz
suhu permukaan bahan
X
fraksi air tersisa pada bahan,
x(t)
tebal lapisan kering bahan,
f(x,)fungsi selisih suhu lempeng pemanas dan permukaan bahan 17
efisiensi energi
