JUDUL
TEKNOLOGI MEMBRAN SEBAGAI ALTERNATIF DALAM MEMPRODUKSI SARI BUAH JERUK
OLEH : RINALDI ALFIAN Staf Pengajar Jurusan Tehnik Kimia PNL
Abstrak Sari buah jeruk yang dihasilkan dengan sistem konvensional melibatkan
penggunaan
filtrasi
dengan
membran
cross
–
flow
menghasilkan produk yang jernih dan memuaskan hanya membutuhkan wadah proses 2 – 4 jam. Sedangkan kehilangan flavor lebih kecil dibandingkan
dengan
penggunaan
proses
filter
plate
frame
dan
penggunaan enzim direduksi hingga 50 - 75 %. Tahap enzymatic treatmeant tetap dilakukan sebagai pretreatment karena membantu mereduksi fouling membran dan viskositas sehingga menghasilkan fluestery tinggi 4 energi yang dibutuhkan untuk pompa lebih kecil.
1
PENDAHULUAN
Sari
buah
jeruk
“single
strength”
telah
dihasilkan
secara
konvensional dengan sederetan tahap filtrasi/separasi yang didesain untuk menghilangkan suspended solid, partikel koloid, protein dan polifenol terkondensasi. Sistem konvensional ini melibatkan penggunaan filter press dan filter aid dalam jumlah besar seperti bentonit atau diatomaceous earth (DE). Proses konvensional yang mampu merecover 80 - 94 % yield sari buah sehingga akan menimbulkan masalah limbah proses dari DE dan agensia fining. Untuk memperoleh produk sari buah yang jernih membutuhkan waktu 12 - 36 jam yang diduga masih mengandung hazeforming sehingga memiliki limit yang relatif pendek untuk menjadi keruh. Sedangkan konsentrat sari buah jeruk dihasilkan dengan cara evaporasi multi tahap yang membutuhkan energi yang tinggi sehingga menghilangkan senyawa-senyawa yang diinginkan seperti flovor dan vitamin C ( senyawa flovor berada dalam fase oil dalam bentuk emulsi dan vitamin C teroksidasi/ rusak pada temperatur tinggi), dan merusak atau mentransformasi senyawa-senyawa lain menjadi senyawa yang tidak diinginkan seperti furfural.
2
Proses Produksi Sari Buah Jeruk
1. Buah Jeruk Buah jeruk bukan hanya dapat dinikmati melalui rasanya yang segar saja melainkan dapat diolah menjadi jus atau sari buah, konsentrat atau tablet vitamin C sehingga dengan kadar vitamin C-nya yang tinggi. Menurut Delfs-Fritz (1970) sari buah jeruk memiliki sifat dan komposisi sebagai berikut :
Berat jenis
: 1,037 – 1,049
pH
: 2,26 – 5,57
o
: 9,20 - 15,00
total gula
: 6,00 – 11,00 % berat
sakarosa
: 1,46 – 3,30
gula invert
: 6,70 – 8,30
asam citrat
: 0,95 – 3,40
pectin
: 0,08 – 0,21
carotenoid
: 0,68 – 3,77 mg/I
xanthophill
: 0,16 – 1,43 mg/I
vitamin C
: 28,00 – 92,2 mgI
minyak esensial
: 2,60 – 44,00 mg
abu
: 0,3 – 0,41
Brix
2. Sistem Kovensional Proses Produksi Sari Buah Jeruk Proses produksi sari buah jeruk (orange juice) secara tradisional umumnya
dilaksanakan
dalam
operasi
batch
dengan
deretan
tahap
filtrasi/separsi yang didesain untuk menghilangkan suspended solid, partikel koloid, protein dan polifenol terkondensasi. Ini biasanya melibatkan filter press dan filter aid dalam jumlah besar seperti bentonit atau DE. 3
Buah Segar
Pressing/Ekstraksi
Ampas
Contrifugasi
Enzyme treatment
Fining treatment
DE filtration
Polish Fitration
Pruduct
Gambar 1. Proses Produkdi Sari Buah Jeruk Desngan Sistem Konvensional Proses klarifikasi yang diterapkan meliputi sentrifugasi, pengolahan dengan enzim (enzim pectinase) yang dilanjutkan dengan fining (penambahan gelatin, dsd).
Sari buah yang telah diekstrak dipisahkan dari ampas. Selanjutnya disentrifugasi untuk menghilangkan/memisahkan suspended solid dari campuran sari buah. Pada tahap enzyme treatment ditambahkan sejumlah enzim pektinase yang bertujuan untuk menghidrolisis pektin karena adanya pektin akan mempengaruhi stabilitas sari buah atau konsentrat. Setelah tahap penambahan enzim dilakukan penambahan agensia fining
4
seperti gelatin pada tahap fining treatment yang bertujuan untuk menghilangkan partikel-partikel koloid dan haze (keruh) serta menurunkan viskositas. Kemudian dilakukan pemisahan agensia fining dengan filtrasi menggunakan filter aid tanah diatom (Diatomeaceous earth) atau bentonit yang dilanjutkan dengan filtrasi akhir. Produk akhir yang diperoleh dikenal sebagai single strength juice. Secara keseluruhan proses ini memakan waktu 12 – 36 jam dan tingkat perolehan atau yield yang dihasilkan berkisar antara 80 – 94%. Proses tradisional atau konvensional untuk klarifikasi relatif sulit dan membutuhkan kapasitas storage yang besar. Pada
proses
produksi
konsentrat
sari
buah
jeruk
secara
konvensional melibatkan berbagai proses thermal yang mengakibatkan perubahan dan kerusakan beberapa komponen sari buah sehingga merusak citra rasa dan kualitasnya. Buah segar Grape-cake (padatan anggur)
Pressing Juice Flavour recovery
Flavoured-concentrate
De-flavoured juice
Storage
Pasteurisasi Fianing ugent Fine-filtration
Juice concentrate
Evaporasi
Pendinginan
Storage
Gambar 2. Sistem Konvensional Proses Pemekatan Sari Buah 5
Pemekatan sari buah jeruk dengan evaporasi mengakibatkan beberapa penurunan mutu produk, sebagian essence jeruk menguap (stripping), degradasi beberapa komponen menjadi furfural.
6
METODE PENELITIAN Aplikasi teknologi membran pada proses produksi sari buah jeruk dapat meliputi : Proses
klarifikasi
menggunakan
membran
Microfiltrasi
atau
Ultrafitrasi untuk memperoleh produk yang jernih. Proses pemekatan menggunakan membran Reverse Osmosis untuk memperoleh produk konsentrat sari buah dengan kepekatan > 42OBrix. Proses deacidifikasi menggunakan elektrodialisis untuk mereduksi keasaman. Pada makalah inihanya dibahas proses berbasis membran yang digunakan untuk klarifikasi dan pemekatan sari buah jeruk. Penerapan proses klarifikasi membran dengan Microfiltrasi atau Ultrafiltrasi dapat mereduksi jumlah tahapan operasi pada proses produksi konvensional dan waktu yang dibutuhkan, mengurangi jumlah enzim yang digunakan bahkan meningkatkan tingkat perolehan atau yield yang dicapai sampai dengan 96 – 98% (Cheryan, M, 1986). Microfiltrasi atau Utrafiltrasi menahan partikel solid yang sangat kecil dari bubur jus untuk menghasilkan fitrat yang jernih dan steril (jus terklarifikasi). Tetapi Ultrafirasi merupakan metode yang lebih mudah dan lebih ekonomis dibanding dengan metode konvensional atau Microfiltrasi. Reverse Osmosis mengkonsentrasikan jus terklarifikasi dengan penghilangan air. Keunggulan penggunaan membran Reverse osmosis untuk pemekatan sari buah dibandingkan dengan proses konvensional antara lain adalah pelaksanaan operasi pada temperatur normal dan tidak adanya resiko terjadinya penurunan fluks. Ketidak hadiran panas membantu menahan kesegaran, full aroma dan rasa dari hasil konsentrat
7
jus terklarifikasi. Selama melalui proses tersebut tidak terjadi kehilangan “fruit” dari asalnya. Telah dilakukan penerapan membran pada proses produksi sari buah jeruk oleh “Barth Fruit” sebagai berikut : Dalam menggunakannya masih terdapat beberapa kendala untuk menggantikan proses evaporasi konvensional dengan membran RO antara lain pembatasan konsentrasi sampai sekitar 35% kandungan berat keringnya, tekanan osmotik yang sangat tinggi dan selektivitas membran yang digunakan, berkaitan dengan retensi cita rasa. Juga telah diusulkan suatu sistem proses produksi sari buah berbasis membran sebagai berikut : Emulsi minyak
Ekstraktor
Kulit, serat
Penyaringan Sari buah Ultrafikasi
Air
Reverse osmosis
Evaporasi
Pengadukan Sari buah pekat
Gambar 3. Flowchart Proses Produksi Sari Buah Jeruk Menggunakan Membran
8
Secara umum perolehan atau yield dikendalikan oleh faktor konsentrasi yang dicapai dan karakteristik dari sari buah. Proses hulu yang dilakukan dapat mempengaruhi fluks dan yield.
Modifikasi Proses Produksi Sari Buah jeruk Pada proses produksi sari buah jeruk dengan teknologi membran yang telah dijelaskan pada bagian 2.3 diatas terdapat beberapa kelemahan yaitu : Penggunaan RO pada “flowchart Passion Fruit Processing” atau dikenal dengan RO konvensional sangat terbatas dan dibatasi oleh pertimbangan tekanan osmosa dan viskositas yaitu < 300Brix. Hasilnya viskositas dan tekanan osmasa yang tinggi akan menghasilkan modul yang capable dari tekanan.
Gambar 4. Tekanan Osmosa Serum Sari Buah jeruk Sebagai Fungsi Konsentrasi Gula
9
Faktor yang berpengaruh pada pelaksanaan pemekatan antara lain viskositas, tekanan osmosa, karakteristik umpan, dan target kualitas produk yang dihasilkan osmosa larutan. Harga tekanan osmosa larutan sari buah berkisar antara 40 Bar (kadar gula 20 – 30%). Dengan demikian untuk pemekatan sari buah sampai dengan 60 – 700brix membran RO harus
dikombinasikan
dengan
metode
pemekaran
lainnya
seperi
evaporasi. Penghilangan atap “enzyme treatment” akan mengakibatkan terdapatnya pectin dalam jumlah yang tidak sedikit sebab buah jeruk mengandung pectin. Adanya pectin dalam sari buaj akan mengakibatkan turunya fluks dan yield.
Gambar 5. Pengaruh Treatment Enzim Pectinase terhadap Flux
10
Nilai selekivitas yang rendah pada proses pemisahan dengan membran dapat ditingkatkan dengan menggunakan struktur yang lebih dense dari lapisan aktif. Sedangkan nilai fluks yang rendah akan merugikan bila dilihat dari segi ekonomis. Hal ini dapat dihindari dengan melakukan tahap enzim treament untuk mengurangi kadar pectin dan dengan menggunakan membran komposit. Berdasarkan hal diatas dicoba untuk mengkombinasikan penerapan membran Ultrafiltrasi dan RO dalam proses produksi sari buah jeruk sebagai berikut :
Buah segar
Pressing/ekstraksi
Ampas
Enzymatic treatment
Ultrafiltrasi
air
Reverse Osmosis
Evaporasi
Konsentrat
Gambar 6. Flow chart Proses Produksi Sari Buah Jeruk yang Dimodifikasi Modifikasi proses dapat dilakukan untuk mencapai konsentrasi produk yang lebih tinggi sekitar 42 – 600Brix.
11
Contoh unit pemekatan sari buah jeruk ditujukan dalam tabel berikut : Umpan
5 ton/jam, 10 120brix
Pemisahan air Konsentrat Pembersihan yang diperlukan Konsumsi Daya Luas permukaan membran Tekanan operasi Temperatur operasi
1,8 ton/jam 180Brix Setiap 6 jam 41 kW 145 m2 Sampai 60 bar 200C
Tabel. Spesifikasi Unit Reverse Osmosis Untuk Pemekatan Sari Buah Jeruk
12
HASIL DAN PEMBAHASAN Secara umum dapat dikatakan bahwa pemanfaatan teknologi membran dapat memperbaiki kualitas produk sari buah yang dihasilkan, mengurangi biaya operasi dan meningkatkan kapasitas produksi. Proses konvensional melibatkan berbagai proses thermal yang mengakibatkan perubahan dan kerusakan beberapak komponen sari buah sehingga merusak cita rasa dan kualitasnya. Sebaliknya proses membtan dijalankan pada temperatur normal. Perolehan atau yield yang diperoleh dengan dengan proses membran dikendalikan oleh faktor konsentrasi yang dapat dicapai dan karakteristik dari sari buah. Proses hulu seperti enzyme treatment yang dilakukan dapat mempengaruhi performansi dari membran. Oleh karena itu sari buah yang kaya akan pectin
sebaiknya melalui proses
penghilangan pectin terlebih dahulu sebelum diklarifikasi. Penggunaan membran Uf dalam klarifikasi sangat bermanfaat karena terdapat sekitar 2300 bakteri aerobik, 300 sel ragi dan 650 sel jamur per ml umpan sari buah sebelum diklarifikasi, serta kurang dari 1 bakteri per ml pada alian permeate (Short dalam Wenten, I. G., 2003). Di samping itu senyawa polifenol merupakan senyawa dengan berat molekul besar (lebih dari 500) yang dapat menyebabkan penurunan kualitas sari buah karena polifenol dapat berinteraksi dengan senyawa protein dan pecrin membentuk presipitat yang mengakibatkan sari buah menjadi keruh. Dengan UF senyawa ini dapat dieliminasi. Modul membran UF yang digunakan dalam proses produksi sari buah jeruk umumnya adalah modul tumbular dan hollow fiber dengan ukuran 80 mesh. Mode operasi yang optimum digunakan adalah batch dengan recycle parsial retentat. Operasi dapat dilangsungkan terusmenerus selama 20 – 22 jam selanjutnya dilakukan pembersihan selama 13
2 – 3 jam menggunakan kasustik. Temperatus optimum pelaksanaan klarifikasi adalah sekitar 10 – 15
0
C untuk menghasilkan nilai rasio
permeat sebesar 98 – 99% selama proses berlangsung. Modul membran RO yang digunakan adalah modul tumbular atau hollow fiber dengan MWCO 100. Sedangkan jenis membran yang digunakan adalah membran poliamida aromatik. Analisa secara ekonomi dilakukan dengan mengadopsi perkiraan cost pada sari buah apel. Kombinasi UF dan RO digunakan untuk mengkonsentrasikan sari buah apel juga dilakukan pada sari buah jeruk. Penghematan energi diperkirakan menjadi 66% dibandingkan dengan proses evaporasi. Sedangkan volume alat direduksi hingga 50% seperti cost untuk transportasi, dan yang lainnya. Priode payback dari sistem gabungan UF dan RO ini 2,5 tahun.
14
KESIMPULAN
Klrarifikasi dan fining dilakukan dalam satu tahap. Filtrasi dengan membran
cross-flow
menghasilkan
produk
yang
jernih
dan
memuaskan hanya membutuhkan waktu proses 2 – 4 jam.
Recovery sari buah sebesar 96 – 98% tanpa predilusi. Peningkatan recovery diperoleh sebagai hasil dari eliminasi kehilangan De dan agensia fining. Peningkatan recovery sebesar 1% dalam pabrik dengan kapasitas 350.000 I/hari dapat meningkatkan penerimaan sebesar $ 150.000/musim.
Eliminasi filter-aid dan filter press dapat menghemat sekitar $ 0,02 – 0,06 / galon sari buah dan mengurangi masalah limbah proses dari DE dan agensia fining.
Kualitas produk lebih baik. Dapat diyakini bahwa ultrsfiltrasi konsisten dapat menghilangkan komponen-komponen pembentuk kabur “hazeforming” yaitu suspended solid, partikel koloid, protein dan polifenol yang akhirnya menjadikan kualitas sari buah superior (< 0,1 – 0,3 NTU) dibandingkan dengan proses konvensional yaitu 2 – 5 NRU.
Kehilangan flovor lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan proses filter plate and frame.
Penggunaan enzim direduksi hingga 50 -75%. Tahap enzymatic treatment tetap dilakukan sebagai pretreatment karena membantu mereduksi fouling membran dan viskositas sehingga menghasilkan fluks yang tinggi dan energi yang dibutuhkan untuk pompa lebih kecil.
15
DAFTAR PUSTAKA 1. Cheryan, Munir, Ultrafiltration Hand Book, Technomic Publishing Company, Inc., 1986 2. Cisneros, Luis & Zevallos, Orange Fruit Processing, Departement of Horticultura Sciences Texas A & M University, 2003 3. GEA Filtration, 2003 4. http://www.barthfruit.ch/agpasa/membrane/ 5. http://www.juiceworld.ned/orange/orange_concentrate.htm 6. Wenten, I.G., Diktat Ajar Teknologi Membran, Bandung, 2003
16
17
