Suhu dan Kecepatan Udara Pengering
Setiap proses pengeringan dilakukan, suhu aktual udara pengering diukur menggunakan termometer. Sementara kecepatan udara hanya diukur sekali saja di awal penelitian. Suhu yang dicantumkan di Tabel 2 merupakan suhu yang terbaca di termometer setiap melakukan pengeringan. Suhu aktual dari satu level
13 pengaturan suhu yang sama berbeda untuk setiap level kecepatan udara. Level kecepatan udara yang tinggi menyebabkan udara bergerak lebih cepat dan hanya memiliki waktu kontak yang singkat di heater. Sementara untuk level kecepatan udara yang lebih rendah, udara lebih lambat bergerak dan terkena ekspos panas lebih lama ketika melewati heater sehingga memungkinkan suhu untuk naik lebih tinggi lagi.
Tabel 2 Hasil pengukuran suhu dan kecepatan udara pengering Pengaturan kec. udara di alat Kecepatan udara (m/s) Pengaturan
suhu di alat Suhu (ºC)
Rata-rata suhu (ºC) 10 1,29 10 58-64 61 8 50-54 52 6 38-44 41 7 0,9 10 71-75 73 8 55-62 58 6 44-53 48 4 0,49 10 84-100 92 8 70-81 75 6 50-60 55
Perbedaan suhu aktual di setiap level pengaturan suhu membuat suhu tidak dapat dibandingkan secara langsung sebagai faktor perlakuan. Sebagai solusi, pengolahan data dibagi menjadi tiga seri menurut level kecepatan udara. Sehingga kondisi pengeringan yang dibandingkan di setiap seri adalah posisi pengeringan dan suhu udara pengering (Tabel 3).
Tabel 3 Seri percobaan yang digunakan dalam pengolahan data Kec. Udara (V) (m/s) Suhu (T) (ºC) Posisi Seri 1 1,29 61 V H 52 V H 41 V H Seri 2 0,90 73 V H 58 V H 48 V H Seri 3 0,49 92 V H
14
75 V
H
55 V
H
Pengaruh Kondisi Pengeringan terhadap Laju Pengeringan
Pengaruh kondisi pengeringan terhadap karakteristik pengeringan spageti jagung ditunjukan dalam bentuk kurva pengeringan (Gambar 1). Penurunan kadar air terjadi dengan cepat namun kemudian melambat seiring bertambahnya waktu pengeringan. Pada suhu yang tinggi penurunan kadar air terjadi sangat cepat dan efektif. Seperti pada suhu 92ºC dimana hanya dibutuhkan waktu 50 menit untuk menurunkan kadar air hingga 10%. Sementara penurunan kadar air yang paling lambat terjadi pada suhu 41ºC. Penurunan kadar air terjadi berimpit pada perlakuan suhu 73ºC dan 75ºC posisi vertikal menunjukan laju pengeringan yang tidak terlalu berbeda antara dua level suhu yang berdekatan. Hal ini menunjukan bahwa suhu udara pengering mempengaruhi kecepatan pengeringan spageti jagung. Suhu udara pengering dan kadar air awal bahan adalah faktor utama yang mempengaruhi laju perpindahan panas dan uap air (Jayas et al. 1991).
Gambar 1 Kurva pengeringan (kadar air terhadap waktu) spageti jagung pada berbagai kondisi pengeringan
Kecepatan udara pengering tidak memiliki pengaruh langsung terhadap penurunan kadar air spageti jagung. Kecepatan udara pengering lebih berperan dalam pengontrolan suhu udara pengering seperti yang telah dijelaskan pada subbab sebelumnya. Jayas et al. (1991) menyatakan bahwa kecepatan udara selama pengeringan lapis tipis biji-bijian memiliki sedikit pengaruh terhadap laju pengeringan.
Kurva pengeringan antar perlakuan suhu dan kecepatan udara pada posisi horizontal tampak lebih menyebar dibanding kurva pengeringan pada posisi vertikal yang terlihat lebih menumpuk pada kisaran suhu 48–61ºC. Pada beberapa perlakuan kecepatan udara 1,29 m/s (seri 1), posisi pengeringan vertikal memperlihatkan waktu pengeringan yang lebih lambat untuk mencapai kadar air akhir 10%. Hal ini dapat disebabkan oleh penyebaran kadar air yang tidak merata
15 karena ekspos terhadap suhu udara pengering yang berbeda pada bagian atas dan bawah sampel yang digantung. Kemungkinan kedua adalah terjadinya case hardening karena laju pengeringan yang terlalu cepat di periode awal pengeringan.
Case hardening adalah kerak/lapisan yang dapat menghambat difusi air secara bebas. Lapisan ini timbul karena suhu udara yang tinggi dan kelembapan udara relatif rendah yang menyebabkan air menguap lebih cepat dari permukaan bahan ke udara daripada air yang berdifusi dari bagian dalam bahan ke permukaan (Desrosier 2008).
Kurva laju pengeringan spageti jagung dapat dilihat pada gambar 2. Laju pengeringan spageti jagung terjadi sangat cepat pada awal proses pengeringan dan langsung menurunkan kadar air dalam jumlah yang besar. Namun pada kadar air tertentu terjadi pembelokan kurva menjadi lebih landai yang menunjukan penurunan laju pengeringan. Bentuk kurva yang langsung menurun curam menunjukan tidak terdapatnya periode laju pengeringan konstan pada pengeringan spageti jagung. Sehingga pengeringan spageti jagung terjadi pada periode laju pengeringan menurun karena kandungan air didalamnya yang terikat kuat pada struktur pati. Lebih lanjut ketiadaan laju pengeringan konstan juga mengindikasikan mekanisme fisik dominan yang mempengaruhi perpindahan air pada spageti jagung adalah difusi molekuler (Kongkiattisak dan Songsermpong 2012).
Gambar 2 Kurva laju pengeringan spageti jagung pada berbagai kondisi pengeringan
Model Persamaan Laju Pengeringan Spageti Jagung
Persamaan lapis tipis yang digunakan dalam penentuan model matematika pengeringan spageti jagung adalah persamaan turunan dari hukum pendinginan Newton yaitu model Lewis dan model Page. Model semiteoritis lebih mudah digunakan dan membutuhkan lebih sedikit asumsi karena menggunakan data hasil percobaan (Erbay dan Icier 2010). Dalam memilih model yang sesuai untuk menjelaskan proses pengeringan pada berbagai kondisi pengeringan, model yang valid secara statistik ditentukan dengan koefisien determinasi (R2). Nilai R2 yang
Tabel 4 Model persamaan laju pengeringan dan koefisien korelasi berdasarkan model Lewis dan model Page
Kec. Udara (m/s) Suhu (ºC) Posisi Waktu pengeringan (menit) Model Lewis Model Page
Persamaan laju pengeringan R2 Persamaan laju pengeringan R2 1,29 61 V 0 – 110 MR = exp –(0,0246 t) 0,8888 MR = exp –(0,1164t0,6473) 0,9983 H 0 – 110 MR = exp –(0,0264 t) 0,8594 MR = exp –(0,1506t0,6076) 0,9950 52 V 0 – 160 MR = exp –(0,0121 t) 0,4798 MR = exp –(0,1153t0,6135) 0,9946 160 – 310 MR = exp –(0,7048t0,2476) 0,9924 H 0 – 160 MR = exp –(0,0227 t) 0,8815 MR = exp –(0,1188t0,6515) 0,9966 41 V 0 – 140 MR = exp –(0,0151 t) 0,7824 MR = exp –(0,0815t0,6889) 0,9991 140 – 230 MR = exp –(0,4650t0,3320) 0,9976 H 0 – 130 MR = exp –(0,0212 t) 0,9164 MR = exp –(0,0902t0,6826) 0,9993 0,9 73 V 0 – 60 MR = exp –(0,0382 t) 0,8969 MR = exp –(0,1550t0,6350) 0,9952 H 0 – 60 MR = exp –(0,0394 t) 0,9119 MR = exp –(0,1481t0,6547) 0,9962 58 V 0 – 100 MR = exp –(0,0253 t) 0,8948 MR = exp –(0,1110t0,6574) 0,9976 H 0 – 100 MR = exp –(0,0318 t) 0,9402 MR = exp –(0,1125t0,7065) 0,9996 48 V 0 – 150 MR = exp –(0,0192 t) 0,8909 MR = exp –(0,0911t0,6700) 0,9978 H 0 – 160 MR = exp –(0,0187 t) 0,8535 MR = exp –(0,1061t0,6364) 0,9967 0,49 92 V 0 – 50 MR = exp –(0,0482 t) 0,8464 MR = exp –(0,2334t0,5698) 0,9816 H 0 – 50 MR = exp –(0,0456 t) 0,9229 MR = exp –(0,1585t0,6599) 0,9961 75 V 0 – 50 MR = exp –(0,0439 t) 0,9409 MR = exp –(0,1352t0,6931) 0,9977 H 0 – 80 MR = exp –(0,0330 t) 0,9255 MR = exp –(0,1232t0,6790) 0,9992 55 V 0 – 140 MR = exp –(0,0221 t) 0,8622 MR = exp –(0,1141t0,6475) 0,9954 H 0 – 110 MR = exp –(0,0272 t) 0,9419 MR = exp –(0,0911t0,7263) 0,9991 16
17 R² = 0.9946 R² = 0.9924 R² = 0.9703 -1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000 ln ( -l n M R ) ln t 0 - 160 menit 160 - 310 menit 0 - 310 menit
Gambar 3 Perbandingan koefisien korelasi persamaan pengeringan kecepatan 1,29 m/s, suhu 52 ºC, dan posisi vertikal
lebih tinggi adalah indikator yang digunakan dalam memilih model yang paling sesuai (Kongkiattisak dan Songsermpong 2012; Kaushal dan Sharma 2013).
Tabel 4 menunjukan model persamaan dan koefisien korelasi dari setiap perlakuan kondisi pengeringan yang diperoleh berdasarkan persamaan model Lewis dan model Page. Bentuk persamaan model Lewis adalah M exp (-kt), dan untuk model Page adalah M exp (-ktn). Terdapat perbedaan mencolok antara hasil pemetaan data dari kedua persamaan. Penggunaan model Lewis menghasilkan koefisien korelasi yang sangat beragam antar perlakuan. Nilai koefisien korelasi yang rendah menunjukan bahwa model Lewis tidak dapat merepresentasikan dengan baik data percobaan pengeringan spageti jagung. Sementara untuk model Page hampir seluruh perlakuan percobaan memiliki nilai koefisien korelasi yang baik yaitu diatas 0,99. Hal ini menunjukan bahwa model Page dapat menggambarkan dengan baik perilaku pengeringan spageti jagung berdasarkan data percobaan.
Dari persamaan laju pengeringan pada Tabel 4 juga dapat dilihat nilai konstanta laju pengeringan (k). Nilai k yang semakin besar dengan meningkatnya suhu pengeringan menunjukan semakin cepatnya laju pengeringan terjadi. Hasil serupa diperoleh Simal et al. (2005), parameter k dari model Page meningkat dengan meningkatnya suhu udara pengeringan kiwi untuk seluruh rentang suhu yang dilakukan pada percobaan. Semakin tinggi suhu udara pengering maka nilai k akan semakin besar karena panas yang diberikan semakin tinggi dan penguapan air terjadi semakin cepat (Rahayoe et al. 2008). Azzouz et al. (2002) menyimpulkan bahwa koefisien n adalah fungsi dari kecepatan udara dan kadar air awal bahan, sementara konstanta k adalah fungsi dari suhu udara pengering yang digunakan. Page tidak memberikan alasan apapun terkait parameter n selain penggunaannya dapat membuat persamaan yang lebih tepat menggambarkan data percobaan (Jayas et al. 1991).
Pada beberapa perlakuan kecepatan udara 1,29 m/s (seri 1), terdapat fenomena dari pemetaan data yang menunjukan adanya patahan kurva pengeringan model Page. Jika laju pengeringan dikoreksi dengan membaginya
-1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 ln ( -l n M R ) ln t Horizontal V 0,49 T 92 V 0,49 T 75 V 0,49 T 55
Gambar 5 Kurva pengeringan pada posisi horizontal dengan pengaturan suhu berbeda
kedalam dua persamaan, maka nilai koefisien korelasinya menjadi lebih tinggi. Contohnya untuk perlakuan kecepatan udara 1,29 m/s, suhu 52ºC, dan posisi vertikal. Kurva persamaan Page yang telah dilinearisasi pada gambar 3 menunjukan laju pengeringan pada kecepatan udara 1,29 m/s, suhu 52ºC dan posisi vertikal terpotong menjadi dua persamaan pada waktu pengeringan 160 menit.
Persamaan yang dapat menggambarkan laju pengeringan masing-masing perlakuan dapat dilihat pada Gambar 4, 5, dan 6 melalui kurva hubungan regresi linear dari model persamaan Page. Pengaruh perlakuan terhadap laju pengeringan dapat terlihat secara jelas. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengaturan suhu yang sama tidak akan memberikan suhu aktual yang sama pada berbagai kecepatan udara pengering. Suhu aktual akan naik ketika digunakan kecepatan udara pengering yang lebih rendah. Hal ini menyebabkan laju pengeringan spageti jagung terjadi lebih cepat pada kecepatan udara pengering yang lebih rendah dengan pengaturan suhu yang sama, dan persamaan Page dapat menggambarkan fenomena tersebut dengan baik (Gambar 4).
Gambar 4 Kurva pengeringan pada posisi vertikal dengan berbagai kecepatan udara pengering -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 ln ( -l n M R ) ln t Vertikal V 1,29 T 61 V 0,90 T 73 V 0,49 T 92 18
19 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 ln ( -l n M R ) ln t V 1,29 T 61 horizontal V 1,29 T 61 vertikal V 0,49 T 92 horizontal V 0,49 T 92 vertikal
Gambar 6 Kurva pengeringan pada posisi horizontal dan vertikal untuk pengaturan suhu dan kecepatan udara yang sama
Pada kecepatan udara yang sama dan pengaturan suhu yang berbeda, pengaruh suhu terhadap laju pengeringan spageti jagung terlihat sangat jelas pada kurva pengeringan model Page (Gambar 5). Semakin tinggi suhu udara pengering maka semakin besar perbedaan suhu dan tekanan uap air antara bahan dan udara pengering, sehingga uap air dapat diserap lebih cepat ke udara dan laju pengeringan terjadi lebih cepat (Desrosier 2008).
Kondisi posisi pengeringan terhadap aliran udara pengering memperlihatkan pengaruh yang berbeda terhadap laju pengeringan spageti jagung pada setiap seri kecepatan udara. Pada kecepatan udara 0,90 m/s, posisi pengeringan tidak terlalu besar pengaruhnya terhadap laju pengeringan spageti jagung. Sementara pada kecepatan udara 1,29 m/s dan 0,49 m/s, posisi pengeringan yang berbeda menunjukan laju pengeringan yang berbeda pula (Gambar 6). Laju pengeringan posisi vertikal pada kecepatan udara 0,49 m/s lebih tinggi dibandingkan posisi horizontal. Sebaliknya, pada kecepatan udara 1,29 m/s, laju pengeringan pada posisi horizontal lebih tinggi daripada posisi vertikal.
Posisi pengeringan vertikal memungkinkan seluruh permukaan bahan untuk terekspos udara pengering dalam waktu bersamaan sehingga laju pengeringan dapat menjadi lebih cepat. Pada laju pengeringan yang tinggi, kadar air di permukaan berkurang dengan sangat cepat sehingga permukaan bahan menjadi keras. Peristiwa ini menyebabkan fenomena case hardening yang membatasi penyusutan selanjutnya (Rahman 2009). Fenomena case hardening menghambat air di bagian dalam bahan untuk berdifusi ke permukaan (Desrosier 2008) sehingga laju pengeringan melambat. Pada kecepatan udara 0,49 m/s, yang memiliki suhu aktual pengeringan paling tinggi, laju pengeringan terjadi sangat cepat sehingga kadar air akhir tercapai sebelum fenomena case hardening
menghambat penurunan kadar air. Sedangkan pada kecepatan udara 1,29 m/s yang memiliki suhu aktual pengeringan lebih rendah, fenomena case hardening
membatasi penurunan kadar air sebelum kadar air akhir 10% tercapai sehingga laju pengeringan pada posisi vertikal akhirnya menjadi lebih lambat.
Pengaruh Kondisi Udara Pengering terhadap Mutu Masak Spageti Jagung
Cooking loss
Nilai cooking loss sampel spageti jagung berkisar antara 7,47–10,68% (Lampiran 2). Nilai ini lebih besar dibandingkan nilai cooking loss mi jagung dan spageti gandum komersial yaitu berturut-turut 7,23% dan 5,30% (Lampiran 3). Spageti jagung yang dikeringkan dengan posisi vertikal memiliki nilai cooking loss yang lebih tinggi dibanding spageti jagung dengan pengeringan posisi horizontal kecuali untuk tiga kombinasi perlakuan (V 0,90 T 58, V 0,49 T 55, dan V 0,49 T 92). Setelah dilakukan uji ANOVA (Lampiran 4), diketahui bahwa faktor posisi, suhu, dan interaksi antar kedua faktor tidak berpengaruh terhadap
cooking loss baik pada seri 1, 2, dan 3 (α=0,05).
Pengaruh kondisi pengeringan terhadap mutu masak pasta berbasis gandum berbeda dengan pasta berbasis tepung jagung. Pasta berbasis tepung jagung tidak memiliki protein gluten seperti halnya pasta berbasis gandum. Pengeringan suhu tinggi menyebabkan struktur protein gluten yang lebih kokoh sehingga mengurangi amilosa yang keluar saat pemasakan (Baiano et al. 2006) sehingga
cooking loss rendah. Lain halnya dengan spageti jagung yang strukturnya bukan dibentuk oleh protein melainkan pati. Pati tergelatinisasi saat proses ekstrusi kemudian mengalami retrogradasi sehingga terbentuk jaringan kokoh yang menjadikan mi tidak mudah luruh saat dimasak (Muhandri 2012).
Beberapa literatur mengenai pengaruh suhu pengeringan terhadap cooking loss mi berbahan dasar tepung non terigu dan pati menunjukkan hasil yang serupa. Lee et al. (2005), mempelajari bahwa pengaruh suhu pengeringan tidak berpengaruh nyata terhadap cooking loss mi pati ubi jalar (sweet potato starch noodle). Begitu pula pada mi jagung yang dikeringkan pada 60ºC, 70ºC, dan 80ºC memiliki nilai cooking loss yang tidak berbeda nyata (Subarna dan Muhandri 2013).
Elongasi
Nilai elongasi spageti jagung berada pada rentang 141,96–264,83% (Lampiran 2). Nilai ini sangat berbeda dengan nilai elongasi spageti gandum komersial yaitu 405,83%, namun dekat dengan nilai elongasi mi jagung sebesar 252,53% (Lampiran 3). Diameter spageti jagung yang lebih kecil dari spageti gandum dapat menjadi penyebab dari perbedaan nilai elongasi. Muhandri et al. (2011) membuat mi jagung dengan menggunakan die ekstruder yang lebih besar (2,5 mm) dan pada kondisi optimum dihasilkan mi jagung dengan elongasi yang lebih tinggi yaitu 318,68%.
Hasil ANOVA terhadap elongasi spageti jagung (Lampiran 5) menunjukan bahwa elongasi spageti jagung dari berbagai kondisi pengeringan pada seri 1 dan 2 tidak berbeda nyata (α=0,05). Pada seri 3, yaitu kecepatan udara 0,49 m/s, nilai elongasi spageti jagung berbeda nyata untuk kombinasi faktor suhu dan posisi pengeringan. Nilai elongasi spageti jagung semakin tinggi seiring meningkatnya suhu pengeringan pada posisi horizontal. Sebaliknya pada posisi vertikal, suhu pengeringan yang lebih tinggi menghasilkan nilai elongasi spageti jagung yang lebih rendah (Gambar 7).
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, pada kecepatan udara 0,49 m/s, terjadi fenomena case hardening atau pengerasan permukaan bahan. Peningkatan
21 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 55°C 75°C 92°C Elong asi (% ) V H
case hardening di permukaan terjadi dengan meningkatnya suhu pengeringan. Fenomena case hardening membuat distribusi kadar air menjadi tidak merata dan menyebabkan keretakan pada bagian dalam bahan (Rahman 2009) sehingga dapat berpengaruh terhadap rendahnya elongasi. Tingkat case hardening yang lebih tinggi seiring dengan meningkatnya suhu menyebabkan elongasi yang lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi.
Profil tekstur (kelengketan, kekerasan, dan kekenyalan)
Pasta setelah masak diharapkan memiliki karakteristik tekstur yang kokoh, elastis, dan tidak lengket untuk penerimaan konsumen yang baik. Nilai kekerasan spageti jagung berkisar antara 2576,32 - 3531,30 gf (Lampiran 2), masih mendekati nilai kekerasan mi jagung sebesar 3167,07 gf namun lebih rendah dari spageti gandum komersial yang memiliki nilai kekerasan sebesar 3891,10 gf. Spageti jagung memiliki nilai kelengketan antara -46,07 sampai dengan -67,75 gf. Spageti jagung dengan nilai kelengketan yang lebih rendah nilainya tidak jauh berbeda dengan mi jagung yang memiliki nilai kelengketan -53,03 gf dan spageti jagung dengan nilai kelengketan yang lebih tinggi mendekati nilai kelengketan spageti komersial sebesar -61,80 gf. Untuk nilai kekenyalan spageti jagung antara 0,9022–0,9780 lebih mendekati nilai kekenyalan spageti komersial sebesar 0,9800 sedangkan nilai kekenyalan mi jagung sebesar 0,8650 (Lampiran 3).
Karakteristik profil tekstur spageti jagung tidak dipengaruhi oleh perbedaan kondisi pengeringan ditunjukan oleh hasil uji ANOVA terhadap respon kelengketan, kekerasan, dan kekenyalan yang tidak berbeda nyata (α=0,05) baik pada faktor tunggal maupun interaksi antar faktor di seri 2 dan 3 (Lampiran 6). Pada seri 1, faktor posisi pengeringan yang berbeda menghasilkan spageti jagung dengan kekerasan yang berbeda nyata. Spageti jagung yang dikeringkan dengan posisi pengeringan vertikal memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi. Nilai rata-rata kekerasan untuk posisi vertikal adalah 3234,86 gf dan untuk posisi horizontal adalah 2698,49 gf.
Perbedaan nilai kekerasan dapat dijelaskan dengan terjadinya fenomena
case hardening pada posisi pengeringan vertikal. Selama pengeringan, penyusutan Gambar 7 Nilai elongasi pada seri 3 (kecepatan udara 0,49 m/s)
bahan terjadi tidak seragam karena distribusi kadar air yang tidak merata (Rahman 2009). Diasumsikan terdapat bagian yang lebih rapuh dari bagian yang lain pada satu helai spageti jagung. Ketika pemasakan, bagian tersebut terpotong dan menyisakan bagian yang lebih keras untuk diuji teksturnya. Perbedaan nilai kekerasan yang dihasilkan antara posisi pengeringan vertikal dan horizontal cukup besar sehingga dinyatakan berbeda nyata secara statistik.
Beberapa literatur menunjukan bahwa pengeringan dengan suhu tinggi pada mi pati/non terigu tidak berpengaruh nyata terhadap karakteristik tekstur. Kongkiattisak dan Songsermpong (2012) mengeringkan mi beras pada suhu 55, 70, dan 85ºC dan kecepatan udara 0,30, 1,04 m/s, mi yang dihasilkan memiliki kualitas tekstur yang tidak berbeda nyata. Didukung oleh Lee et al. (2005) yang menyatakan suhu pengeringan (25–65ºC) tidak memberikan pengaruh nyata terhadap karakteristik tekstur mi pati ubi (sweet potato starch noodle).