Ekstraksi cara mekanis adalah cara pemisahan komponen dari suatu campuran dengan menggunakan gaya mekanis. Dalam bahan pangan komponen yang diekstrak biasanya berupa cairan oleh karena itu gaya mekanis (penekanan) yang digunakan dalam ekstraksi adalah untuk mengeluarkan cairan sel dari padatan sel atau dinding sel. Dengan adanya tekanan yang diberikan dalam operasi pengempaan akan mendorong cairan sel terpisah dari matrik selnya.
Secara umum jumlah bahan yang terekstrak dipandang sebagai jumlah cairan yang mengalir dari padatan sel bahan pangan yang dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
Beda potensial Cairan ekstrak yang mengalir =
Tahanan
Beda potensial untuk ekstraksi mekanis adalah besarnya beda tekanan dan lamanya penerapan tekanan maksimum, sedangkan untuk ekstraksi dengan pelarut adalah beda konsentrasi. Tahanan dalam operasi ekstraksi mekanis dapat berupa struktur atau sifat fisik sel-sel bahan pangan yang dipisahkan, besar kecilnya bahan yang diekstrak, dan kekentalan cairan yang diekstrak. Bahan pangan yang keras, ukurannya besar-besar dan cairan ekstraknya yang kental akan menyulitkan proses ekstraksi sehingga jumlah ekstrak yang dihasilkannya sedikit. Sedangkan bahan pangan yang porus, rapuh atau lunak, ukurannya kecil-kecil dan cairan ekstraknya yang encer akan memudahkan proses ekstraksi sehingga banyak cairan sel yang dapat diekstrak. Dengan demikian, jumlah ekstrak yang dihasilkan pada operasi ekstraksi pengempaan/penekanan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :
1. besarnya tekanan
2. lamanya penerapan tekanan maksimum 3. besar kecilnya bahan yang diekstrak
4. karakteristik fisik komponen padatannya (keras, liat, rapuh, dan lunak) 5. kekentalan cairan yang diekstrak
Oleh karena itu untuk memaksimumkan jumlah cairan yang terekstrak, dapat dilakukan dengan cara meningkatkan beda potensial (tekanan diperbesar dan waktu penekanan diperlama) dan menurunkan besarnya tahanan yang dapat dilakukan dengan pemanasan, pengecilan ukuran (penggilingan) dan penambahan pelarut. Pemanasan mengakibatkan cairan yang diekstrak lebih encer. Pengecilan ukuran (penggilingan) akan memperluas permukaan bahan yang akan diekstrak juga akan memotong-motong sel sehingga cairan lebih mudah keluar dan jaraknya ke bagian permukaan menjadi lebih pendek. Penambahan pelarut akan melarutkan cairan ekstrak sehingga cairan menjadi lebih encer.
Produk ekstrak yang dihasilkan melalui ekstraksi mekanis biasanya berupa campuran cairan. Sebagai contoh dalam mengekstrak minyak dari kacang tanah, maka cairan yang diperoleh berupa emulsi minyak dalam air. Oleh karena itu jika komponen yang akan diekstraknya itu adalah minyak, maka harus dilakukan suatu operasi pemisahan lagi. Biasanya operasi pemisahan lanjutan tersebut adalah dengan cara ekstraksi dengan pelarut organik, pengendapan/sentrifugasi, gabungan keduanya.
Bahan yang berukuran makin kecil, maka luas permukaannya untuk setiap satuan berat yang sama adalah makin besar. Dalam keadaan demikian, cairan yang dapat diekstrak makin banyak. Akan tetapi pada bahan yang mengalami pengecilan ukuran, makin kecil bahan tersebut, pada saat perlakuan, makin banyak cairan yang keluar, sehingga diperlukan penampung tambahan agar tidak banyak cairan yang hilang sebelum dikempa. Sebagai contoh adalah pada bahan sumber minyak makan dan pada buah-buahan yang banyak berisi cairan. Pada beberapa bahan tertentu, pengecilan ukuran akan mempercepat kerusakan, oleh karena itu pada bahan yang demikian disarankan agar setelah diperkecil ukurannya segera dilakukan ekstraksi. Pada bahan yang berukuran kecil, jarak yang harus ditempuh cairan dari bagian dalam ke permukaan lebih pendek, sehingga akan memperkecil tahanan.
Pengecilan ukuran bahan seringkali dilakukan sebanyak dua kali. Pengecilan ukuran yang pertama dilakukan untuk memperbesar luas permukaan sehingga lebih banyak ekstrak yang diperoleh, tetapi tidak sampai berukuran sangat kecil mengingat pada ukuran yang sangat kecil banyak cairan yang keluar
sebelum ekstraksi seperti telah disebutkan di atas. Pada pengecilan ukuran yang kedua dimaksudkan untuk menghancurkan gumpalan ampas hasil ekstraksi pertama, sehingga dapat memperkecil atau mengurangi sebanyak mungkin sisa cairan yang masih tertinggal dalam ampas pada ekstraksi kedua. Sebagai contoh adalah pada ekstraksi minyak dari kopra. Pada pengempaan pertama, minyak yang tersisa dalam ampas biasanya masih cukup banyak. Minyak tersebut belum sempat mencapai permukaan, tetapi permukaan ampas sudah lebih dahulu memadat dan kompak, sehingga sulit untuk ditembus oleh minyak. Dengan demikian seolah-olah minyak terperangkap dalam ampas. Kejadian tersebut disebabkan karena penekanan dilakukan dengan cepat pada tekanan yang cukup besar. Dalam keadaan seperti tersebut maka ampas atau bongkahan kopra harus dihancurkan atau diperkecil ukurannya lagi. Kemudian baru dilakukan pengempaan yang kedua. Apabila tidak, walaupun ditekan dengan tekanan yang besar, minyak tersebut tidak dapat dikeluarkan.
Secara teoritis, makin besar tekanan yang digunakan makin banyak ekstrak yang dihasilkan. Akan tetapi tekanan tersebut harus diberikan secara bertahap. Apabila tidak demikian, pada bahan tertentu akan terjadi pengerasan di permukaan ampas yang akan mengakibatkan cairan terperangkap di dalamnya. Hal tersebut seperti kejadian yang telah dikemukakan terdahulu. Penggunaan tekanan secara bertahap, disesuaikan dengan laju difusi cairan dari bagian dalam menuju permukaan bahan.
Selama penekanan bahanm diperlukan waktu yang cukup, terutama setelah mencapai tekanan maksimum, untuk memberi kesempatan terhadap cairan dari bagian dalam sampai ke permukaan bahan. Dalam praktek waktu yang dimaksud dapat diketahui apabila sudah tidak ada cairan yang menetes keluar dari “rumah press”. Rumah press yang dimaksud adalah tempat dimana bahan yang akan dipres ditempatkan. Biasanya dinding rumah press tersebut dibuat berlubang, dimaksudkan sekaligus sebagai penyaring. Dengan demikian cairan akan lolos apabila waktu yang disediakan sedikit berlebihan. Apabila waktu yang disediakan kurang, maka masih banyak cairan yang berada dalam bahan belum sempat dapat dikeluarkan.
Kadang-kadang cara penekanan yang digunakan berpengaruh juga terhadap jumlah ekstrak yang dihasilkan. Hal tersebut disebabkan oleh persyaratan yang harus dipenuhi berbeda. Pengempaan menggunakan kempa hydraulic memerlukan syarat kadar air bahan relatif besar dibandingkan dengan menggunakan kempa ulir (screw press). Dengan demikian untuk ekstraksi minyak dan biji-bijian dengan kadar air lebih rendah menggunakan kempa ulir mungkin dihasilkan minyak lebih banyak dibanding dengan menggunakan kempa hydraulic, walaupun tekanannya sama besar.
Kekentalan cairan atau ekstrak adalah merupakan tahanan dalam atau internalresistance dari cairan tersebut yang akan menahannya untuk berpinsah tempat atau mengalir. Dengan demikian apabila cairan tersebut berkurang kekentalannya atau dengan kata lain lebih encer, maka cairan tersebut lebih mudah mengalir. Sebagai contoh, pada ekstraksi minyak kelapa dari kopra. Apabila pada saat dikempa hancuran kopra dalam keadaan panas biasanya sekitar 80-90°C, maka minyak yang dihasilkan lebih banyak, karena dalam keadaan panas tersebut minyak lebih encer, hingga lebih mudah dialirkan.
Ekstraksi mekanis dengan pemanasan hanya umum digunakan untuk ekstraksi minyak dari jaringan hewan. Proses tersebut dikenal dengan rendering. Jumlah minyak yang dihasilkan dipengaruhi oleh jenis jaringan, suhu rendering yang digunakan dan ukuran jaringan hewan yang akan diekstrak minyaknya. Rendering suhu sekitar 90-100°C, protein yang merupakan penyusun utama jaringan hewani akan terkoagulasi, akibatnya jaringan akan mengkerut. Pengkerutan jaringan mengakibatkan tekanan dalam jaringan lebih besar daripada tekanan di luar, sehingga minyak terperas keluar. Minyak yang telah terekstrak akan terpisah dengan bahan lain, berada di bagian atas.
Dalam industri pengolahan hasil pertanian, ekstraksi mekanis dengan pengempaan dilakukan untuk ekstraksi komponen alam bahan dengan kadar yang relatif besar. Sebagai contoh adalah ekstraksi minyak dari kopra, ekstraksi nira dari batang tebu; ekstraksi sari buah dari buah-buahan. Ekstraksi mekanis dengan pemanasan, umumnya dilakukan untuk ekstraksi minyak dari jaringan hewan. Ekstraksi dengan pelarut biasanya digunakan untuk ekstraksi komponen dalam bahan yang berkadar relatif rendah, misalnya ekstraksi minyak dari lembaga
jagung, ekstraksi sisa minyak dari ampas setelah terlebih dahulu diekstrak dengan ekstraksi mekanis. Pemilihan cara ekstraksi berdasarkan atas beberapa pertimbangan diantaranya adalah kadar komponen dalam bahan, ekonomi dan efisiensi proses.
Salah satu tipe alat ekstraksi mekanis minyak makan meliputi alat kempa ulir (screw press) dan alat kempa hidraulik (hydraulicpress) adalah seperti pada Gambar 4.1. Alat ini bekerja berdasarkan tekanan yang diberikan oleh piston dan stemple press, sehingga bahan akan tertekan diantara piston dan stemple press. Ampas yang diperoleh berbentuk lempengan-lempengan yang ukuran dan bentuknya tergantung pada ruang pengepres. Pada tekanan 2000 lb/inch2 → minyak yang tersisa pada bungkil 4 – 6%.
Cara kerja alat :
• Bahan dipanaskan dahulu (240°F / 115°C selama 5 – 10 menit) pada (1), kemudian masuk pada ruang penekan, satu wadah satu wadah (2).
• Tiap satu wadah bahan di atasnya ditutup lempeng baja beserta press cloth. • Stemple press (3) digeser ke atas dengan memutar roda penggeser (4).
• Masukkan wadah (2) yang sudah terisi dan kemudian ditekan dengan stemple press (3) yang digeser ke bawah oleh Roda penggeser (4).
• Tekanan : 2000 lb/inch2
(140,6 kg/cm).
Gambar 4.2. Alat pengepres bahan (Hydraulic Press)
Continuous Pressing
1) Dilakukan dengan menggunakan “Screw Press” 2) Keuntungan cara ini :
Mengurangi tenaga kerja, mengurangi kebutuhan press cloth dan hasil yang diperoleh lebih banyak.
3) Digunakan : kopra, inti kelapa sawit, kacang. 4) Bisa digunakan 1 atau 2-3 tingkat tekanan.
5) Screw press bekerja atas dasar dorongan bahan oleh ulir (worm) ke ruang yang semakin sempit, sehingga tekanan dan gesekan yang dialami bahan semakin besar.
6) Alat ini bekerja terus menerus, ampas yang diperoleh berupa gumpalan / bongkahan.
7) Biji-bijian bila dipress dengan alat ini tidak perlu diperkecil ukurannya. 8) Cara kerja alat ini :
- Bahan diberi pemanasan pendahuluan (240°F selama 5-10 menit) - Masuk ke ruang pengepres (3) melalui corong (2).
- Kemudian bahan ditekan dan digesek diantara dinding penyaring dengan ulir yang berputar. Tekanan yang dialami bahan; makin ke kanan semakin besar karena jarak antara dinding penyaring dengan ulir semakin sempit. - Minyak yang keluar melalui (5) setelah melewati dinding penyaring (4). - Ampas keluar melewati (6) dan masuk ke tempat penampungan.
- Tekanan : 15 – 20 ton/inch2 - Bungkil : 4 – 5% minyak.
RINGKASAN
• Dalam bahan pangan komponen yang diekstrak biasanya berupa cairan oleh karena itu gaya mekanis (penekanan) yang digunakan dalam ekstraksi adalah untuk mengeluarkan cairan sel dari padatan sel atau dinding sel. • Dalam industri pengolahan hasil pertanian, ekstraksi mekanis dengan
pengempaan dilakukan untuk ekstraksi komponen alam bahan dengan kadar yang relatif besar.
• Salah satu tipe alat ekstraksi mekanis minyak makan meliputi alat kempa ulir (screw press) dan alat kempa hidraulik (hydraulicpress).
PUSTAKA
Earle, R.L. 1983. Unit Operations in Food Processing. Pergamon Press, Oxford.
Mc Cabe, W.L., J.C. Smith, P.Harriot. 1999. Operasi Teknik Kimia Jilid I dan 2. Terjemahan Erlangga, Jakarta
Toledo, R.T. 1993. Fundamentals of Food Process Engineering. Chapman & Hall, New York