MESIN PENCETAK SRG
5.2 Metode Penelitian
5.3.6 Derajat Kecerahan
Persamaan 41 (Tabel 5.3) menunjukkan bahwa Y5 tidak signifikan dengan respon yang diberikan. Koefisien negatif terjadi pada kuadratik (A2, B2 dan C2)
dan interaksi AB dan AC yang dapat mengakibatkan turunnya nilai Y5. Koefisien positif terjadi pada linier (A, B dan C) dan interaksi BC yang dapat meningkatkan nilai Y5.
Derajat kecerahan mempunyai nilai maksimum pada lama tekan 3.35 dengan kadar air rendah dan rasio pemadatan 2.1 (Gambar 5.9) begitu juga derajat kecerahan akan terjadi pada kadar air rendah pada rasio pemadatan 2.1 dengan lama tekan 3.5 (Gambar 5.10). Nilai maksimum derajat kecerahan sebesar 78.36% terjadi pada lama tekan 3.39 detik, rasio pemadatan 1.9 dan kadar air 15.7%. Derajat kecerahan SRG mendekati derajat kecerahan beras varietas Ciherang yaitu sebesar (73.8±0.00)%.
Gambar 5.9 Grafik 3D optimasi derajat kecerahan SRG terhadap rasio pemadatan dan kadar air bahan (a) Plot surface, (b) Plot countour
Gambar 5.10 Grafik 3D optimasi derajat kecerahan SRG terhadap lama tekan dan kadar air bahan (a) Plot surface, (b) Plot countour
Hasil uji validasi antara data aktual untuk berbagai perlakuan dengan data hasil dugaan yang dihasilkan dari penggunaan Persamaan 41 menunjukkan hasil yang tepat dengan nilai MAPE 0.97 dan keterwakilan data menunjukan siginfikan untuk semua perlakuan. Derajat kecerahan yang tidak signifikan terhadap respon yang diberikan menunjukkan tidak adanya perubahan warna
R as io p em am p at an 15.5 14.5 13.5 12.5 2.28 2.22 2.16 2.10 2.04 1.98 1.92 – – – 8 7 9 7 2. 1 0 13.5 0 . 5 1 5 . 6 1 .15 2 0 0 . 2 2.30 5 80 D er aja t ke ce ra ha n (% ) Kadar air (%,bk) R as io pem ada tan Kadar air (%,bk) (a) (b) Rasio pemadatan Lama tekan(detik) 3.5 Hold Values > – – – < 78.5 78.5 79.0 79.0 79.5 79.5 80.0 80.0 kecerahan(%) Derajat 7 7 8 7 9 7 12.0 3.5 1 5.0 1 5 4 3 2 5 . 6 1 9 7 80 D er aja t w ar an (% )) Kadar air (%,bk) L ama tekan ( de ti k ) Kadar air (%,bk) (a) (b) Lama tekan(detik) 15.5 14.5 13.5 12.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 – – – – – – Rasio pemadatan 2.1 Hold Values > – – – – – – < 77.0 77.0 77.5 77.5 78.0 78.0 78.5 78.5 79.0 79.0 79.5 79.5 80.0 80.0 kecerahan(%) Derajat
terhadap bahan baku yang digunakan atau proses pencetakan bulir dengan mesin SRG tidak mengubah warna bahan yang digunakan.
Hasil optimum pada perlakuan mesin SRG diperoleh pada lama tekan 5 detik, rasio pemadatan 2.3 dan kadar air bahan 15.8% dengan menghasilkan massa jenis kamba sebesar 672 kg/m3, kekerasan bulir 0.947, derajat kecerahan
75.36 %. rasio L/B 3.39 dan water uptake 2.1.
5.4 Kesimpulan
Hasil optimasi terhadap bulir yang dihasilkan mesin SRG menunjukkan model persamaan sangat signifikan untuk rasio L/B, signifikan untuk water uptake dan tidak siginfikan untuk massa jenis kamba, kekerasan bulir dan derajat kecerahan. Model persamaan sangat tepat untuk memprediksi massa jenis kamba, water uptake, rasio L/B dan derajat warna namun tidak tepat untuk kekerasan bulir. Hasil prediksi dengan menggunakan target beras varietas beras Ciherang dengan pembentukan bulir menggunakan mesin pencetak SRG pada rasio pemadatan 2.3, lama tekan 5 detik dan kadar air 15.8% akan menghasilkan kekerasan bulir 0.947 N, massa jenis kamba 672 kg/m3, water uptake 2.31, rasio
L/B 3.39 dan derajat kecerahan 75.36%.
6
PEMBAHASAN UMUM
6.1 Sifat Fisikokimia Sumber Karbohidrat dalam Perancangan Mesin
dan Optimasi Bahan Formula SRG
Analisis sifat fisikokimia terdiri dari analisis kandungan gizi dan sifat fisik bahan yang meliputi bahan berbagai sumber karbohidrat nonpadi, tepung beras vareitas Ciherang dan bulir beras varietas Ciherang. sifat fisikokimia digunakan dalam proses penyusunan formula bahan SRG, pendukung untuk desain perancangan mesin SRG dan pengujian optimasi/evaluasi proses pencetakan seperti tertera pada Tabel 6.1.
Data sifat fisikokimia bahan berbagai sumber karbohidrat nonpadi dan tepung beras Ciherang masing-masing akan dijadikan koefisien-koefisien pada fungsi kendala dan koefisien sumber daya yang tersedia dalam penyusunan optimasi formula. Data ini dapat diperluas tidak hanya kadar air, kadar abu, lemak, protein, serat pangan, serat kasar, amilosa, amilopektin, sudut luncur, derajat warna dan massa jenis kamba seperti yang dilakukan dalam penelitian ini. Akan tetapi ke depan dapat diperluas untuk sifaf fisikokimia lainnya. Hanya saja perlu diperhatikan bahwa analisis sifat fisikokimia bahan penyusun harus sama persis dengan analisis yang dilakukan pada bahan target yang diinginkan. Data sifat fisik kisaran sudut luncur dari tepung/pati berbagai sumber karbohidrat nonpadi maupun tepung beras varietas Ciherang perlu diketahui sehingga dapat diperoleh informasi awal kisaran nilai sudut luncur bahan campuran yang mungkin terjadi. Sifat fisik yang diukur lainnya adalah dimensi beras varietas Ciherang. Dimensi ini diperlukan dalam menyiapkan ruang
pencetak SRG dengan tujuan bulir yang dihasilkan mempunyai dimensi seperti beras Ciherang.
Tabel 6.1 Penggunaan analisis sifat fisikokimia dalam penelitian Bahan yang dianalisis Ana- lisis Aplikasi optimasi formula Aplikasi rancang bangun Aplikasi optimasi pencetakan Berbagai bahan karbohidrat nonpadi a, b Konstanta fungsi kendala (a,b) Kriteria desain (b) Tepung beras varietas Ciherang
a,b Kontanta sumber daya (a,b) Kriteria desain (b) Bulir beras Ciherang C Kriteria desain (c) Bahan pembanding dengan bulir SRG
Bahan SRG a,b Hasil optimasi Kriteria desain (b), bahan uji
Bulir SRG c Hasil bulir Uji optimasi
a)
Kadar air, abu, lemak, protein,karbohidrat, serat pangan, serat kasar, gula total, pati, amilosa dan amilopektin
b)
Sudut luncur, derajat warna, massa jenis kamba
c) Dimensi bulir, massa jenis kamba, kekerasan bulir, bobot 1000 butir, derajat
warna/kecerahan, water uptake, rasio L/B
6.2 Faktor Penentu Keberhasilan Rekayasa Mesin Pencetak SRG
Penentuan kriteria rancangan rekayasa mesin pencetak SRG bertujuan untuk menghasilkan bulir yang mendekati sifat fisik varietas beras Ciherang. Bagian-bagian mesin SRG yang memerlukan perhatian khusus agar tercapainya kriteria perancangan meliputi pengaturan sudut penyaluran tepung antara hopper dengan ruang cetak, dimensi ruang cetak, rasio pemadatan dan lama cetak. Bagian-bagian ini akan mempengaruhi berjalannya proses pencetakan dan tercapainya sifat fisik bulir yang diinginkan.
Besar sudut penyaluran dari hopper ke ruang pencetakan ditentukan oleh besar sudut luncur bahan SRG sebesar 32.89o. Sudut penyaluran dirancang agar dapat diatur sampai dengan 70o yang bertujuan untuk mengantisipasi jika bahan yang akan digunakan mempunyai sudut luncur yang berbeda. Pengaturan sudut luncur ini cukup memadai karena sudut luncur bahan penyusun mempunyai rentang 25.34o sampai 50.46o dengan rata-rata (39.38±7.80)o dimana sudut luncur SRG berada pada kisaran tersebut. Pengaturan sudut penyaluran juga bermanfaat untuk mengantisipasi terjadinya sudut luncur yang berbeda pada
bahan dengan kadar air yang berbeda. Pada rekayasa mesin SRG dengan sudut pengaturan 70o ternyata masih belum mampu mengumpan bahan SRG dengan
kadar air lebih dari 16% pada basis kering, hal ini diakibatkan terjadinya kohesi yang semakin besar ( Canovas et al. 2005)
Dimensi ruang pencetakan didasarkan pada dimensi bulir beras varietas Ciherang dengan panjang sebesar (6.8±0.4) mm, lebar dan tebal (2.2±0.2) mm. Rata-rata panjang bulir yang dihasilkan lebih panjang dari yang diinginkan karena panjang ruang cetak yang dibuat melebihi ukuran yang ditetapkan. Kondisi ini tidak terjadi pada lebar ruang cetak yang dibuat sama seperti yang diharapkan. Sementara untuk ketebalan bulir yang dihasilkan menjadi beragam karena adanya perbedaan dalam rasio pemadatan bahan saat pencetakan. Dimensi ruang ini tidak harus didasarkan pada dimensi beras tertentu akan tetapi dapat dibuat sesuai dengan dimensi bulir yang diinginkan atau sesuai standar beras USDA. Pembuatan dimensi ruang juga sebagai upaya apabila kedepan akan dilakukan proses pencampuran bulir beras dengan bulir SRG sebagai upaya subtitusi.
Rasio pemadatan pada saat pencetakan adalah pengisian bahan pada kedalaman ruang pencetak untuk dijadikan ketebalan sesuai dengan dimensi beras Ciherang sebesar 2.2 mm. Kedalaman ruang cetak dapat diatur 4.18-5.06 mm, dengan demikian pada saat pencetakan dapat dibuat rasio pemadatan sebesar 1.9, 2.1 dan 2.3. Dengan pengaturan ini mesin SRG akan menghasilkan bulir dengan dimensi dan massa jenis kamba seperti beras varietas Ciherang.
Pengaturan lama cetak pada mesin pencetak SRG bertujuan untuk menjadikan bulir menjadi lebih kompak. Pengaturan dapat dilakukan dari 0 sampai 5 detik. Lama cetak akan mempengaruhi kapasitas bulir yang dihasilkan dimana peningkatan lama waktu cetak akan menurunkan kapasitas produksi mesin pencetak SRG. Pemberian lama cetak yang berbeda akan berpengaruh terhadap sifat-sifat bulir yang dihasilkan. Pengaturan sudut luncur, rasio pemadatan dan lama cetak pada mesin SRG adalah upaya untuk mengoptimalkan bulir selama proses pencetakan agar menghasilkan sifat seperti beras varietas Ciherang.
Upaya untuk meningkatan kekerasan bulir agar mendekati sifat fisik beras dapat dilakukan dengan dua acara yaitu 1) meningkatkan tekanan yang lebih optimal sekitar 12500 N/cm2 dari tekanan yang telah dilakukan dalam penelitian ini sebesar 5000 N/cm2, pemberian tekanan ini tidak dapat ditingkatkan lebih besar lagi mengingat massa jenis bulir yang dihasilkan oleh mesin SRG ini sudah mendekati dengan bulir beras Ciherang yang dijadikan acuan , 2) Cara yang kedua adalah meningkatkan daya ikatan antar partikel baik dengan cara menambahkan bahan pati/tepung yang telah terpragelatinisasi sehingga akan terjadi Interlocing bonds .
6.3 Formula Simulated Rice Grain (SRG)
Penggunaan Goal Linear Programming (GLP) yang diolah dengan linear programming (LP) dalam penyusunan formula bahan SRG telah mampu mendekati sifat fisikokimia yang diinginkan. Keunggulan metode ini dapat mengoptimasi lebih dari satu tujuan yang dilengkapi dengan pemberian bobot pinalti sebagai pilihan prioritas. Pada penelitian ini telah divariasikan bobot
pinalti dengan fungsi tujuan kadar protein dan derajat warna yang lebih besar serta kadar amilosa yang lebih kecil dari tepung beras varietas Ciherang. Semakin besar pemberian bobot pinalti pada fungsi tujuan akan semakin menjauh dari titik optimum sehingga terjadi perbedaan antara nilai sifat fisikokimia yang diinginkan dengan nilai keputusan yang diambil.
Penelitian ini menunjukkan apabila bobot pinalti amilosa dibuat lebih kecil daripada bobot pinalti protein dan derajat warna maka nilai optimum yang diperoleh adalah kadar protein mencapai 6.22%, amilosa 22.52% dan derajat warna 68.59. Jika ketentuan bobot pinalti itu tidak terpenuhi maka akan dihasilkan nilai yang tidak optimum dengan kadar protein 2.31%, amilosa 27.86% dan derajat warna 79.35%. Penentuan bobot pinalti ini telah memperlihatkan prioritas pendekatan protein dan kadar amilosa lebih diutamakan daripada pendekatan derajat warna.
Penelitian ini telah memberikan cara penyelesaian optimasi penyusunan formula bahan SRG dengan GLP untuk fungsi tujuan dan prioritas sifat fisikokimia yang diinginkan dalam penelitian ini mengambil contoh varietas Ciherang, kedepan cara penyelesaian ini dapat diaplikasikan untuk menghasilkan bulir fungsional seperti bulir dengan kandungan indeks glikemik tertentu atau bulir yang diperkaya bagi tujuan tertentu , tujuan ini akan mudah untuk dicapai apabila data base sifat fsikokimia bahan penyusun dapat diperluas dari segi target bulir yang ingin dihasilkan atau dari segi ketersediaan aneka sumber karbohidrat nonpadi yang dimiliki pada daerah tertentu. Metode ini dapat digunakan untuk menghasilkan bulir yang berbeda dari suatu daerah ke daerah lainya di tanah air sesuai dengan keanekaragaman sumber karbohidrat yang dimiliki.
6.4 Optimasi Proses Pencetakan Bulir Mesin Pencetak SRG
Pengaturan sudut luncur, rasio pemadatan dan lama cetak memungkinkan untuk memvariasikan perlakuan untuk dilihat responnya terhadap massa jenis kamba, kekerasan, water uptake, rasio L/B dan derajat kecerahan bulir. Perlakuan pengoperasian mesin pencetak SRG meliputi kadar air bahan, rasio pemadatan dan lama cetak.
Kadar air maksimum bahan sehingga dapat diumpankan dan meluncur dengan baik adalah 16% bk. Berdasarkan nilai tersebut maka eksperimen dilakukan pada 12, 14 dan 16%. Perlakuan rasio pemadatan bahan pada ruang cetak adalah 1.9 (bahan setinggi 4.18 mm dipadatkan menjadi 2.2), 2.1 (bahan setinggi 4.62 mm dipadatkan menjadi 2.2 mm) dan 2.3 (bahan setinggi 5.06 mm dipadatkan menjadi 5.06).
Perlakuan yang diberikan berpengaruh signifikan terhadap water uptake (p<0.10) dan rasio L/B (p<0.05) serta tidak berpengaruh signifikan terhadap massa jenis kamba, kekerasan dan derajat kecerahan bulir. Perlakuan yang tidak mempengaruhi massa jenis kamba bulir secara tidak signifikan ini menunjukkan terjadinya perbedaan dimensi bulir pada perlakuan yang mengakibatkan kerapatan bulir berubah sehingga massa per satuan volume bulir menjadi tidak berubah.
Kekerasan bulir tidak dipengaruhi oleh perlakuan walaupun keterwakilan data cukup siginfikan. Hal ini menunjukkan perlakuan belum menghasilkan
ikatan yang kuat antar partikel, kekerasan bulir yang tidak signifkan dan masih terlalu rendah antar perlakuan persamaan untuk prediksi menjadi tidak tepat.
Kondisi dimana derajat kecerahan bulir tidak dipengaruhi oleh perlakuan menunjukkan bahwa tidak terjadi proses perubahan warna pada bulir yang dihasilkan selama proses pencetakan bulir dengan mesin SRG.
Water uptake dipengaruhi oleh kadar air bahan saat bahan dicetak, lama tekan dan rasio pemadatan. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan bulir untuk menyerap air ditentukan oleh kadar air bahan saat dicetak, lama tekan dan rasio pemadatan yang diberikan. Rasio L/B dipengaruhi secara signifikan oleh lama tekan, rasio pemadatan dan kadar air bahan. Hal ini dikarenakan panjang bulir relatif tetap (sesuai ukuran panjang ruang cetak) sehingga ketebalan bulir sangat ditentukan oleh perlakuan.
Berdasarkan validasi model menggunakan MAPE dapat diketahui bahwa model mampu menghasilkan nilai yang sangat tepat (MAPE<5%), kecuali pada kekerasan bulir Dengan demikian model dapat digunakan untuk memprediksi sifat-sifat bulir pada beberapa variasi perlakuan. Perbandingan sifat bulir hasil pencetakan dan beras Ciherang dapat dijadikan sebagai acuan (Tabel 6.2).
Tabel 6.2 Sifat bulir beras hasil prediksi dan varietas Ciherang Sifat bulir Hasil prediksi dengan model
a )
Beras Ciherang Massa jenis kamba
(kg/m3) 672.9 780 Kekerasan bulir (N) 0.947 62.6 Water uptake (g/g) 2.31 2 Rasio L/B 3.39 3.2 Derajat Kecerahan (%) 75.36 73.82
*)Berdasarkan target sifat beras Ciherang pada lama tekan 5 detik, rasio
pemadatan 2.3 dan kadar air bahan 15.8 %.
7
SIMPULAN DAN SARAN
7.1 Simpulan
1. Sifat fisik beras dan aneka sumber karbohidrat nonpadi dijadikan sebagai dasar untuk memenuhi kriteria desain mesin pencetak SRG dan koefisien dalam penyusunan formula SRG..
2. Metode Goal linear programming dapat diaplikasikan dalam proses optimasi penyusunan formula SRG yang dapat memprediksi sifat fisikokimia bulir yang diinginkan dan dijadikan alternatif cara menyusun formula bahan baku untuk dijadikan bulir seperti beras.
3. Formulasi bahan penyusun SRG yang mendekati sifat fisiko-kimia beras Ciherang tersusun dari 30% pati garut, 42% tepung talas beneng dan 28% tepung sorgum.
4. Hasil rekayasa mesin SRG mampu `menghasilkan bulir mendekati sifat fisik beras Ciherang kecuali untuk kekerasan bulir.
5. Mesin pencetak bulir SRG mempunyai dimensi ruang pencetak 6.8 x 2.2 x 5.06 mm, rasio pemadatan 1.9-2.3, kekuatan tekan 600 N, Sudut pengumpan 70o, lama tekan pencetakan 0-5 detik, kapasitas 900 bulir/jam dan temperatur
bantalan ruang cetak 25-80 oC. Pengujian mesin pencetak menghasilkan bulir SRG dengan panjang (7.1±0.4) mm, tebal (2.8±0.4) mm, bentuk agak bulat, kekerasan bulir 0.1-2 N, massa jenis kamba bulir 620-770 kg/m3 dan bobot
per 1000 butir 17.5-29 g.
6. Optimasi karakteristik bulir yang dihasilkan mesin SRG dengan menggunakan Response Surface Methodology pencetakan bulir optimal dilakuka lama tekan 5 detik, rasio pemadatan 2.3 dan kadar air 15.81% dengan prediksi kekerasan bulir 0.947 N, massa jenis kamba 672 kg/m3, water uptake 2.31, rasio L/B 3.39 dan derajat kecerahan 75.36%.
7.2 Saran
1. Perlunya database aneka sumber karbohidrat nonpadi termasuk sifat fisikokimianya agar lebih memudahkan peneliti dalam memperoleh sifat fisikokimia bahan nonpadi dengan menyesuaikan potensi suatu daerah. 2. Perlunya menggunakan Metoda GLP dalam menentukan formula bahan
penyusun bulir untuk memperoleh sifat fisiko-kimia beras tertentu maupun bulir beras fungsional
3. Penggunaan bahan tepung/pati terpregelatinasi sebagai salah satu bahan campuran sebagai upaya untuk meningkatkan kekerasan bulir beras simulasi 4. Perlunya peningkatan pemberian tekanan yang optimum pada saat proses
pembentukan bulir untuk memperoleh kekerasan yang lebih baik
5. Mesin pencetak SRG perlu dibuat dengan lebih dari satu mata cetak dalam bentuk rotari agar dapat memproduksi bulir secara massal.
6. Perlu dilakukan uji validasi data hasil optimasi karakteristik bulir yang dihasilkan.
7. Perlunya diuji mutu tanak dari bulir beras simulasi yang dihasilkan