B. IDENTIFIKASI MASALAH
3. Material
Faktor material yang menjadi perhatian utama dalam masalah ketidakhomogenan produk minuman teh serbuk adalah (1) mutu dan
kemurnian bahan baku, dan (2) karakteristik sifat fisik bahan baku dan produk jadi.
3.1. Mutu dan Kemurnian Bahan Baku
Mutu termasuk kemurnian bahan baku setelah sampai di gudang penyimpanan harus tetap sama hingga bahan baku digunakan dalam proses produksi. Oleh karena itu jenis kemasan bahan baku, suhu dan RH gudang penyimpanan harus sesuai dengan spesifikasi produk. RH (kelembaban relatif) adalah rasio dari tekanan parsial uap air dalam campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperature tersebut. Saat ini, kondisi kemasan dan penyimpanan bahan baku sudah cukup baik. Bahan baku yang relatif sensitif terhadap kondisi penyimpanan seperti vitamin C dan teh serbuk dikemas dalam kemasan kedap udara dan disimpan di gudang penyimpanan bersuhu maksimal 20oC.
Kemurnian bahan baku vitamin C juga mempengaruhi hasil akhir analisis kandungan vitamin C. Jika kemurnian rendah, maka kandungan vitamin C akan lebih rendah daripada jumlah tertentu yang ditambahkan. Dalam certificate of analysis (CoA) vitamin C dari supplier tertera kemurnian vitamin C berkisar antara 99-105%. Berikut ini adalah hasil analisis kemurnian bahan baku vitamin C yang digunakan oleh PT. Nestlé Indonesia.
Tabel 3. Analisis Kemurnian Bahan Baku Vitamin C Konsentrasi
standar (mg/ml) Vit C (mg/100g) Kemurnian (%)
1.5 149.4 99.60 2.0 193.7 96.85 2.5 245.2 98.08 3.0 293.9 97.97 3.5 344.8 98.51 4.0 394.9 98.73 4.5 440.4 97.86 Rata-rata 98.23
Berdasarkan Tabel 3. diperoleh nilai kemurnian vitamin C sebesar 98.23%, nilai tersebut berada di bawah kisaran spesifikasi sehingga
diperlukan adanya perhitungan pendekatan formulasi yang mempertimbangkan kemurnian vitamin C.
3.2. Karakteristik Sifat Fisik Bahan Baku dan Produk Jadi
Karakteristik sifat fisik bahan baku dan produk jadi memiliki pengaruh terhadap proses pencampuran produk dan pada akhirnya akan mempengaruhi profil kehomogenan produk.
- Karakteristik Sifat Fisik Bahan Baku
Karakterisasi sifat fisik bahan baku minuman teh serbuk yang dilakukan meliputi pengukuran kadar air, densitas, ukuran partikel, dan kemudahan mengalir. Tujuan dilakukan karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pengaruh karakteristik fisik bahan baku terhadap homogenitas produk. Bahan baku yang paling berpengaruh terhadap profil homogenitas produk adalah vitamin C dan gula pasir. Hal ini dikarenakan gula pasir adalah material dengan jumlah terbesar dalam campuran sedangkan vitamin C adalah indikator pengukuran homogenitas proses.
a. Kadar Air
Tabel 4. Pengukuran Kadar Air Bahan Baku Minuman Teh Serbuk Material KA sampel (%) KA standar (%)
Serbuk teh instan 3.2900 ≤3.5
Asam sitrat 0.0738 < 0.5
Gula pasir 0.0476 ≤0.05
Lemon flavor 3.0360 0 - 5
Gum arab 5.3091 < 10
Vitamin C 0.2050 ≤0.1
Kadar air serbuk yang tinggi membuat serbuk cenderung kohesif karena adanya gaya tarik menarik antar partikel. Serbuk kohesif lebih sulit untuk dicampur namun tidak mudah bersegregasi sehingga kehomogenan produk lebih mudah tercapai (Meyer, 2008). Gum arab, lemon flavor dan serbuk teh instan adalah bahan baku dengan kadar air yang relatif tinggi sehingga serbuk tersebut memiliki sifat kohesif yang membantu mencapai profil campuran serbuk yang homogen. Berdasarkan Tabel 4.
vitamin C memiliki kadar air rata-rata lebih tinggi dibandingkan standar (≤0.1%) yaitu 0.2050%. Namun, bahan baku tersebut tetap digunakan untuk proses produksi. Sementara itu, bahan baku lainnya memiliki kadar air sesuai dengan standar.
b. Densitas
Tabel 5. Densitas Bahan Baku Minuman Teh Serbuk
Bahan Baku Densitas (g/L)
Serbuk teh instan 429.70
Asam sitrat 702.86 Gula pasir 956.62 Lemon flavor 555.15 Gum arab 760.18 Asam askorbat 1041.11 Gula halus 987.51
Gambar 11. Diagram Batang Densitas Bahan Baku Minuman Teh Serbuk
Bahan Baku yang memiliki densitas terbesar adalah asam askorbat yaitu 1041.11 g/L sedangkan bahan baku yang memiliki densitas terkecil adalah serbuk teh instan yaitu 429.70 g/L. Menurut Harnby dan Edwards (1992), material dengan densitas terbesar cenderung berada pada bagian bawah campuran sedangkan material dengan densitas terkecil cenderung berada pada bagian atas campuran sehingga dapat terjadi segregasi. Asam askorbat
dengan densitas terbesar memiliki kemungkinan akan terakumulasi pada bagian bawah campuran. Serbuk teh instan yang memiliki densitas terkecil cenderung berada pada bagian atas campuran.
Rasio densitas antara asam askorbat (1041.112 mm) dengan gula pasir adalah (956.62 mm) adalah 1:1.1. Menurut Meyer (2008), rasio densitas untuk mencegah segregasi harus leboh kecil dari 1:3 sehingga densitas bukan merupakan faktor yang menyebabkan terjadinya segregasi pada campuran.
c. Ukuran Partikel
Menurut Meyer (2008), perbedaan yang besar pada distribusi ukuran partikel antar material dapat menyebabkan terjadinya segregasi. Berdasarkan Tabel 6, ukuran partikel gula pasir adalah 0.677 mm sedangkan ukuran partikel vitamin C adalah 0.357 mm. Rasio ukuran partikel antara dua material tersebut yaitu 1:2. Menurut Meyer (2008), rasio ukuran partikel untuk mencegah segregasi adalah 1:1.2 sehingga selama proses pencampuran terdapat kemungkinan terjadinya segregasi antar material.
Tabel 6. Pengukuran Ukuran Partikel Bahan Baku Minuman Teh Serbuk
Bahan Baku Ukuran partikel (mm)
Serbuk teh instan 0.217
Asam sitrat 0.423 Gula pasir 0.677 Lemon flavor 0.212 Gum arab 0.129 Vitamin C 0.357 Gula halus 0.457
Gambar 12. Diagram Batang Ukuran Partikel Bahan Baku Minuman Teh Serbuk
Gula pasir untuk bahan baku minuman teh serbuk ditransfer dari hopper gula yang berada di line POLO. Kecepatan transfer gula yaitu sebesar 176.1 gram/detik. Proses transfer menggunakan dorongan angin dengan kecepatan 3.28 m3/menit. Sebelumnya, diasumsikan bahwa proses transfer gula dapat mengecilkan ukuran partikel gula karena adanya gaya gesek antara gula dengan pipa transfer. Namun, ternyata ukuran partikel gula rata-rata hanya tereduksi sebesar 0.01 mm.
d. Kemudahan Mengalir Serbuk
Kemudahan mengalir serbuk dapat diketahui melalui metode Index Compressibility (Carr Index) dan Hausner Ratio. Kedua nilai tersebut diperoleh dari hasil pengukuran bulk density dan tapped density serbuk. Sifat fisik partikel (ukuran partikel, distribusi ukuran partikel, morfologi, dan densitas), kondisi proses (ada atau tidaknya tekanan), dan kondisi lingkungan (kelembaban relatif) adalah faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan laju alir serbuk (Meyer, 2008). Semakin mudah mengalir suatu serbuk maka semakin mudah serbuk tersebut bersegregasi dalam campuran karena pergerakan partikelnya sangat tinggi. Semakin
buruk sifat aliran suatu serbuk maka serbuk tersebut semakin bersifat kohesif dan tidak mudah bersegregasi (Harnby dan Edwards, 1992).
Tabel 7. Kemudahan Mengalir Bahan Baku Minuman Teh Serbuk
Material Tapped Density (g/ml) Bulk Density (g/ml) Hausner Ratio Compressibility Index Kemudahan Mengalir Serbuk teh instan 0.4853 0.3478 1.40 28.3218 Poor Asam sitrat 1.0549 0.9401 1.12 10.8805 Good
Gula pasir 0.9500 0.8839 1.07 6.9665 Excellent
Lemon flavor 0.5635 0.4274 1.32 24.1424 Passable
Gum arab 0.7764 0.6463 1.20 16.7657 Fair
Vitamin C 1.0412 0.8651 1.20 16.9112 Fair
Teh serbuk adalah material yang tergolong sulit mengalir karena cenderung bersifat kohesif. Secara umum, material lain memiliki kemampuan laju alir yang cukup baik (excellent-passable). Gula pasir adalah bahan baku utama dalam produk minuman teh serbuk sehingga sifat aliran campuran akan mengikuti karakteristik aliran gula pasir. Laju aliran serbuk yang tergolong excellent mengakibatkan campuran serbuk memiliki kecenderungan yang tinggi untuk mengalami segregasi.
- Karakteristik Sifat Fisik Produk Jadi
Menurut (Fellows, 2000), karakterisasi sifat fisik bahan baku tidak dapat menggambarkan sepenuhnya karakteristik produk jadi sehingga dilakukan pula karakterisasi sifat fisik produk jadi meliputi pengukuran kadar air, densitas, ukuran partikel, kemampuan laju alir, dan penampakan permukaan partikel serbuk dengan menggunakan scanning electron microscope (SEM).
Tabel 8. Karakteristik Sifat Fisik Minuman Teh Serbuk
Material Kadar Air
(%) Densitas (g/L) Ukuran Partikel (mm) Kemudahan Mengalir
Produk Jadi 0.1727 988.84 0.607 Excellent
Standar kadar air produk minuman teh serbuk maksimal 0.3%. Dari Tabel 8. diketahui bahwa kadar air berada di bawah standar maksimum. Kadar air ini merupakan faktor kritis yang ditentukan oleh kondisi suhu dan RH ruang produksi. Suhu dan RH ruang produksi berturut-turut adalah 220C dan 45%. Jika suhu ruang produksi terlalu tinggi akibatnya produk akan menjadi kohesif dan sulit tercampur rata.
Standar densitas minuman teh serbuk adalah 930-997 g/L. Nilai tersebut mutlak dipenuhi karena akan mempengaruhi berat bersih produk pada proses pengemasan yang menggunakan prinsip volumetrik. Jika densitas produk terlalu tinggi maka berat bersih produk dalam kemasan akan lebih banyak dari 1000 gram dan hal yang sebaliknya juga berlaku. Ketepatan nilai berat bersih produk penting dalam analisis vitamin C karena satuan analisis adalah jumlah vitamin C per berat produk.
PT. Nestlé Indonesia masih belum memiliki standar ukuran partikel untuk minuman teh serbuk. Ukuran partikel serbuk akan berpengaruh terhadap densitas. Semakin besar ukuran partikel maka semakin kecil densitas (Meyer, 2008). Ukuran partikel minuman teh serbuk sangat ditentukan oleh ukuran partikel gula pasir yang digunakan. Selain itu, seperti yang telah dibahas sebelumnya, laju alir minuman teh serbuk juga mengikuti laju alir gula (excellent) sehingga cenderung mudah untuk bersegregasi.
Menurut Harnby dan Edwards (1992), jika terdapat partikel halus dan kasar dalam suatu campuran maka partikel yang lebih halus dan kecil akan menyelubungi permukaan partikel yang lebih kasar dan halus. Pada situasi ini, partikel yang kecil dan halus tersebut kehilangan gaya gerak individualnya dan jika komposisi partikel halus
dan kasar tepat mekanisme ini dapat menghasilkan suatu campuran yang homogen. Gambar 13. di bawah ini menunjukkan mekanisme tersebut terjadi pada minuman teh serbuk. Pencitraan dengan menggunakan scanning electron microscope tersebut tampak partikel gula diselubungi oleh partikel lain yang lebih kecil ukurannya. Namun, mekanisme penempelan ini tidak dapat mencegah terjadinya segregasi pada produk.
Gambar 13. Penampakan permukaan gula pasir menggunakan scanning electron microscope dimana terjadi pelekatan serbuk dengan ukuran partikel lebih kecil dan kohesif. Gambar searah jarum jam (a) perbesaran 75 kali, (b) perbesaran 100x, (c) perbesaran 200x, dan (d) perbesaran 750x