Faktor utama yang mempengaruhi penghambatan degradasi sukrosa menggunakan reaktor venturi bersirkulasi adalah jumlah fraksi gas dalam cairan (gas hold-up) dan ukuran gelembung. Ukuran gelembung gas yang kecil akan memperluas antarmuka gas-cairan. Ukuran gelembung gas yang kecil dan gas hold-up yang besar dapat diperoleh dengan menggunakan suatu sistem reaktor venturi bersirkulasi. Reaktor ini mampu menghasilkan luas antarmuka yang besar dalam bentuk gelembung-gelembung gas yang kecil dan banyak. Gas hold-up dipengaruhi oleh laju alir cairan dan kecepatan aliran gas dalam venturi.
Pengaruh laju alir cairan dan kecepatan aliran gas terhadap gas hold-up dilakukan pada ukuran nozel yang berbeda dan pada berbagai laju alir cairan dan kecepatan aliran gas. Berdasarkan hubungan gas hold-up dan kecepatan aliran gas maka diperoleh informasi faktor yang mempengaruhi luas antarmuka gas-cairan. Rejim aliran yang terbentuk dalam venturi dibedakan berdasarkan hubungan antara nisbah kecepatan aliran gas dan cairan terhadap bilangan weber. Pengaruh gas hold-up terhadap degradasi sukrosa ditentukan berdasarkan perubahan konsentrasi sukrosa dalam reaktor venturi bersirkulasi.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Bioindustri Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB. Analisa sampel dilakukan di laboratorium Bioindustri Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB dan Laboratorium Instrumentasi Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB. Penelitian ini dilakukan dari bulan Maret 2006 sampai dengan Januari 2007.
Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan yang digunakan untuk penelitian ini adalah reaktor venturi bersirkulasi. Peralatan lain yang digunakan adalah pompa dengan daya ½ hp dan laju alir maksimal 0,08 m3/det. Laju alir cairan dan gas saat memasuki reaktor di ukur dengan flow meter yang dipasang pada sistem perpipaan. Gas nitrogen yang
digunakan dialirkan dari tabung gas yang dilengkapi dengan regulator tekanan. Reaktor juga dilengkapi dengan regulator pengukur tekanan dan sebuah safety valve untuk menjaga kelebihan tekanan. Rangkaian peralatan penelitian ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12 Rangkaian peralatan penelitian
Selain itu alat analisa sampel yang digunakan adalah refraktrometer (Digital DE ABBE ”WYA-1S”), polarimeter dan HPLC (detector indeks refraksi model R- 40). Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah tebu yang berasal dari kebun petani dari daerah Ciampea, Bogor.
Bahan analisa yang dipakai adalah 3,5-dinitrosalisilat, NaOH, NaK-Tartarat, fenol, Na-metabisulfit, HCl, CaCO3, glukosa, fruktosa, sukrosa dan bahan-bahan
pembantu lainnya.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam empat tahapan penelitian yaitu (1) karakterisasi awal nira, (2) penentuan pengaruh laju alir cairan nira dan kecepatan aliran gas terhadap pembentukan gas hold-up, (3) penentuan pengaruh gas hold-up dan
rejim aliran dalam venturi terhadap konsentrasi sukrosa, (4) penentuan degradasi sukrosa dalam nira tebu menggunakan gelembung gas nitrogen dalam reaktor venturi bersirkulasi. Tahapan penelitian selengkapnya ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13 Diagram alir penelitian. Karakterisasi Nira Awal
Pada tahapan ini dilakukan identifikasi terhadap nira tebu awal. Karakterisasi tehadap nira ini meliputi pengukuran kandungan sukrosa, gula invert (glukosa dan fruktosa), total asam organik dan pH nira. Kadar sukrosa dan gula pereduksi (glukosa dan fruktrosa) diukur menggunakan HPLC, total asam diukur dengan metode titrasi dan nilai pH diukur dengan alat pH-meter. Prosedur analisa dapat dilihat pada Lampiran 1.
Karakterisasi nira awal
Penentuan degradasi sukrosa nira tebu menggunakan gelembung gas nitrogen dalam
reaktor venturi bersirkulasi Mulai
Selesai
Penentuan pengaruh laju alir cairan dan kecepatan aliran gas nitrogen terhadap gas hold-up
Penentuan pengaruh gas hold-up dan rejim aliran dalam venturi terhadap konsentrasi sukrosa
Penentuan Pengaruh Laju Alir Cairan dan Kecepatan Aliran Gas Terhadap Gas Hold-up
Penentuan pengaruh laju alir cairan dan kecepatan aliran gas terhadap gas hold-up dilakukan pada suhu 70 oC. Pemilihan suhu tersebut didasarkan pada studi literatur tentang suhu optimal aktivitas relatif enzim invertase dari nira tebu yaitu 60 oC (Rahman et al. 2004). Selama inkubasi dilakukan pengujian terhadap kandungan sukrosa dan gula pereduksi. Suhu optimal yang diperoleh digunakan untuk penentuan pengaruh faktor laju alir cairan nira, kecepatan aliran gas nitrogen dan ukuran nozel terhadap penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu menggunakan reaktor venturi bersirkulasi.
Pengaruh laju alir cairan nira dan kecepatan aliran gas terhadap pembentukan gas hold up dilakukan dengan inkubasi larutan nira dalam reaktor venturi bersirkulasi. Laju alir cairan nira yang digunakan adalah 25 l/min, 20 l/min dan 15 l/min, dengan kecepatan aliran gas nitrogen 0,02 m/det sampai 0,6 m/det pada berbagai ukuran nozel 5 mm, 6 mm dan 8 mm. Pemilihan ukuran nozel ini didasarkan pada studi literatur tentang hidrodinamika pembentukan gas hold-up dalam bubble coloumn (Shirsat et al. 2003).
Gambar 14 Pengukuran gas hold-up.
Pengukuran terhadap pembentukan gas hold-up berdasarkan atas perubahan tinggi cairan nira dalam reaktor seperti disajikan pada Gambar 14. Tinggi cairan bersih (hl) merupakan tinggi larutan nira tebu sebelum dialirkan gas nitrogen, tinggi cairan nira dalam campuran gas nitrogen (hm) adalah tinggi larutan nira
hm hl
tebu pada saat pemberian gas nitrogen. Fraksi gas (αg) dalam cairan (gas hold-
up) dihitung dengan menggunakan Persamaan 10. αg = m l m h h h − ...Persamaan (10)
Penentuan Pengaruh Gas hold-up dan Rejim Aliran Venturi Terhadap Degradasi Sukrosa
Pengaruh gas hold-up dan rejim aliran venturi terhadap degradasi sukrosa dilakukan dengan inkubasi larutan nira dalam reaktor venturi bersirkulasi. Laju alir cairan nira yang digunakan adalah 25 l/min, 20 l/min dan 15 l/min, dengan kecepatan aliran gas nitrogen 0,02 m/det, 0,1 m/det dan 0,6 m/det pada ukuran nozel 5 mm, 6 mm dan 8 mm. Penelitian dilakukan dengan waktu kontak gas dan cairan selama 90 menit.
Pengukuran gas hold-up menggunakan Persamaan 11. Rejim aliran dalam venturi ditentukan dengan grafik hubungan nisbah antara kecepatan aliran gas dan cairan terhadap bilangan weber. Setiap perlakuan dianalisa konsentrasi sukrosa sisa. Konsentrasi sukrosa dikelompokkan berdasarkan rejim aliran yang terjadi dan dibuat grafik hubungan konsentrasi sukrosa sisa dengan gas hold-up untuk setiap rejim aliran. Selain konsentrasi sukrosa juga dilakukan pengukuran gula invert, pH dan total asam yang terbentuk. Prosedur analisa yang digunakan disajikan pada Lampiran 1.
Penentuan Degradasi Sukrosa Nira Tebu Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi
Penghambatan sukrosa nira tebu menggunakan reaktor venturi bersirkulasi dilakukan pada laju alir cairan nira 25 /min dan kecepatan aliran gas 0,6 m/det. Reaktor dioperasikan pada tekanan 0,5 kg/cm2 dan suhu 70 oC dengan ukuran nozel yang digunakan 6 mm. Inkubasi nira tebu dilakukan selama 240 menit. Untuk nira tebu tanpa penghambatan dengan gelembung gas nitrogen dilakukan inkubasi dalam reaktor tangki berpengaduk pada kondisi yang sama. Data yang diperoleh adalah perubahan konsentrasi sukrosa dalam nira selama waktu inkubasi.
