Ekstrusi bahan pangan adalah suatu proses dimana bahan pangan dipaksa mengalir di bawah pengaruh suatu lebih kondisi operasi seperti
pencampuran (mixing), pemanasan dengan suhu tinggi dan pemotongan
ekstrusi yang bergelembung kering (puff dry) dalam waktu singkat. Fungsi pengekstrusi meliputi gelatinisasi atau pemasakan, pemotongan molekuler, pencampuran, sterilisasi, pembentukan dan penggelembungan atau pengeringan (puffing atau drying) (Muchtadi et al., 1988).
Sementara fungsi dari ekstrusi meliputi gelatinisasi/pemasakan, pemotongan molekuler, pencampuran, sterilisasi, pembentukan, dan
pengembungan (puffing atau drying). Kombinasi satu atau lebih fungsi-
fungsi tersebut di atas merupakan hal yang tidak terpisahkan dalam proses ekstrusi. Proses keseluruhan pada ekstrusi tidak dapat dipisahkan karena adanya sejumlah interaksi yang saling berkaitan antara kondisi yang akan terjadi sebelum dan sesudah ekstrusi (Muchtadi et al., 1988).
Alat pemasak ekstruder umumnya terdiri atas tiga bagian yaitu bagian pengisian, kompresi dan pengemasan. Mekanisme alat tersebut sangat sederhana dimana bahan dimasukan ke dalam bagian pengisi, pada tahap ini udara didorong keluar dan bahan dimampatkan hingga masif, dan
mengisi seluruh ruangan screw dan barrel. Kemudian bahan didorong ke
dalam bagian kompresi. Di tempat ini bahan mendapat tekanan cukup tinggi. Tekanan timbul karena terjadi penyempitan ruangan, sehingga energi mekanis dan gaya geser terhadap bahan meningkat. Keadaan demikian berakibat pada suhu bahan mulai naik. Di bagian dalam alat
pemanasan, kecepatan geser (shear rate) sangat tinggi yang disertai
kenaikan suhu yang cepat. Suhu mencapai maksimum sebelum bahan disemprotkan melalui lubang kecil atau lubang pelepas di ujung selubung
(die). Kenaikan suhu yang cukup tinggi dapat menyebabkan bahan
mengalami perubahan fisiko kimia (Dixon, 1981).
Bahan yang telah mengalami pemasakan didorong keluar melalui
die. Pada saat terlepasnya bahan di ujung die, bahan mengalami perubahan tekanan yang demikian besar dalam waktu yang singkat. Keadaan demikian menyebabkan bahan menjadi mekar, kering dengan tekstur produk yang berongga. Pemotongan dan pembentukan makanan dilakukan segera pada saat bahan keluar dari ujung die (Muchtadi et al, 1988).
Dalam proses ekstrusi, adanya aliran adonan adalah karena
pengaruh tekanan shear. Tekanan shear tersebut tergantung pada
kecepatan shear dan viskositas bahan. Pada bahan pangan, karena
mengandung senyawa-senyawa biopolimer seperti pati dan protein, sifat
alirannya mengikuti kaedah non-newtonian (Harper, 1981). Selanjutnya
disebutkan ekstrusi biopolimer sangat dipengaruhi oleh komposisi dan jenis biopolimernya.
Menurut Harper (1981), agar diperoleh kerenyahan dan pengembangan produk yang relatif lebih baik, ekstrusi bahan yang berasal dari pati-patian dilakukan pada suhu optimum 170°C dengan tekanan 438 kPa (70 psi) sampai 5516 kPa (800 psi). Kecepatan ulir digunakan sebaiknya 300 rpm dalam waktu sekitar 10 detik. Tekanan pada proses ekstrusi bervariasi antara 70-800 psi atau lebih, sesuai dengan keperluan. Tekanan ini dipengaruhi oleh bentuk ulir pada ekstruder, jumlah dan tipe kepala ekstruder, kecepatan berputarnya ulir dan arus listrik (Smith, 1981). Bahan yang digunakan pada proses ekstrusi berbentuk butiran kecil yang berukuran 1-3 mm. untuk bahan yang berbentuk tepung, hasilnya kurang memuaskan karena jika ukuran partikel terlalu halus produk yang dihasilkan hangus dan partikel bahan tidak mengalami pemadatan yang
sempurna serta kurang mengembang (Ang et al., 1980). Hasil pemasakan
proses ekstrusi adalah gelatinisasi pati, denaturasi protein, serta inaktivasi enzim yang terdapat pada bahan mentah (Harper, 1981). Proses ini diikuti oleh pengembangan eksotermik yang dibentuk pada cetakan (Smith, 1981).
Kadar air bahan baku memegang peranan penting pada proses ekstrusi, karena menentukan sifat plastisitas dan elastisitas produk, yang merupakan ukuran mutu hasil olahan. Biasanya kadar air bahan baku berkisar antara 10% - 40% (Harper, 1981).
2. Ekstruder
Ekstruder adalah alat untuk melakukan proses ekstrusi (Harper, 1981). Alat ekstrusi dapat digolongkan menurut penggunaannya yang
umum seperti pengekstrusi pasta dan collet (snack, makanan kecil). Jenis
alat ekstrusi dapat digolongkan menurut kelembaban selama processing.
Ekstrusi dapat dibagi menjadi tiga golongkan berdasarkan kadar air bahan
yang dimasukan. Ketiga jenis ekstruder tersebut adalah low ekstruder
dengan kadar air bahan sampai 20%, intermediet ekstruder dengan kadar
air bahan 20-30%, dan high ekstruder dengan kadar air bahan 30-40%
(Muchtadi et al., 1988). berdasarkan jumlah ulirnya, ekstruder terbagi atas ekstruder berulir tunggal dan ekstruder berulir ganda.
Ekstruder berulir tunggal banyak digunakan dalam pengembangan produk baru seperti makanan ringan, makanan bayi, makanan ternak,
breakfast cereal, atau produk modifikasi pati (Mercier dan Feillet, 1975). Selain itu, juga digunakan untuk menghasilkan produk pasta, cookies, atau permen (Linko et al., 1981).
Harper (1981) membagi ekstruder berulir tunggal yang biasa digunakan dalam industri pangan ke dalam lima kelompok, yaitu : (1) ekstruder pasta yang biasa digunakan dalam pembuatan macaroni ; (2) ekstruder pembentuk dengan tekanan dengan tekanan tinggi untuk membentuk adonan dan memadatkan adonan yang telah digelatinisasi ; (3)
ekstruder pemasak dengan shear rendah untuk adonan dengan kadar air
tinggi ; (4) ekstruder collet untuk membuat pangan berbentuk butiran yang
bergelembung kering ; (5) ekstruder pemasak dengan shear tinggi serupa
dengan ekstruder collet, hanya pemakaiannya lebih luas untuk cereal
bergelembung, dan pakan ternak.
Menurut Smith (1981) ekstruder berulir tunggal dibagi atas tiga bagian yaitu Low Shear, Medium Shear, High Shear. Jenis-jenis ekstruder tersebut dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Klasifikasi Ekstruder Ulir Tunggal
Kategori Low Shear Medium Shear High Shear
Kadar Air Produk (%) 25 – 75 15 – 30 5 – 8
Densitas produk (g/ 100ml) 32 – 80 16 – 51 3.2 – 20
Suhu barrel maksimum (°C) 20 – 65 55 – 145 110 – 180
Tekanan barrel maksimum
(kg / cm2)
6 – 63 21 – 42 42 – 84
Kecepatan ulir (rpm) 100 200 200
Produk khas Produk pasta
daging Roti, makanan ternak Snack, breakfast cereal (Smith, 1980)
Ekstruder ulir tunggal tidak memiliki sumber panas berupa steam
(uap panas) untuk memanaskan jaket pemanas, dan semua produk dipanaskan dengan gaya friksi secara mekanik atau gaya gesek (Harper, 1981). Ekstruder tunggal ini bisa memproses bahan-bahan baku yang mempunyai kadar airnya 10% - 40%, tergantung pada campuran dari formula bahan.
Gambar 3. Bagian-Bagian Penting Alat Ekstruder Ulir Tunggal
Gambar 3. Bagian-Bagian Penting Alat Ekstruder Tunggal (Muchtadi et al., 1988)
Ekstruder kering adalah salah satu ekstruder single screw (dengan ulir tunggal) yang tidak memperhatikan pengkondisian pada bahan awal. Semua panas yang dihasilkan pada ekstruder kering adalah berasal dari
energi mekanik yang disalurkan kepada bahan mentah melalui ulir, panas yang terperangkap di dalam barrel dan dinding barrel ekstruder (Buhler, 2006).
Pada bagian ulir yang bertekanan masuk ke dalam tengah barrel
terdapat besi yang menekan dan mengisi ruangan pada barrel. Hal tersebut akan meningkatkan gesekan sepanjang ulir dan menyebabkan berputarnya
produk ke bawah saluran pada barrel. Perputaran tersebut dikombinasikan
dengan gesekan yang dibentuk antara bahan yang melewati daerah celah
yang kosong diantara besi (plate) yang menekan dan permukaan dalam
pada barrel, hal tersebut akan meningkatkan suhu di dalam barrel. Selama proses ekstrusi selama 20 sampai 30 detik, bahan dimasak dengan suhu yang tinggi dan gesekan yang kuat, sehingga struktur biopolimer pada bahan terdenaturasi membentuk pasta kental yang bergerak keluar menuju
die (Buhler, 2006).
Ketika bahan keluar pada die ekstruder, tekanan secara langsung
muncul di dalam produk, menyebabkan air dalam produk berubah menjadi
steam (udara panas) dan membuat produk mengembang. Ekstruder yang digunakan pada penelitian kali ini dapat dilihat pada Gambar 3.