Pengeringan atau dehidrasi merupakan proses pengeluaran air dari bahan hasil pertanian atau bahan pangan. Pengertian pengeringan dan dehidrasi sebenarnya dapat dibedakan berdasarkan tingkat kadar air bahan yang dikeringkan. Pengeringan didefinisikan sebagai suatu metoda untuk mengeluarkan atau menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan menggunakan energi panas, sehingga tingkat kadar air kesetimbangan dengan kondisi udara (atmosfir) normal atau tingkat kadar air yang setara dengan nilai aktifitas air (Aw) yang aman dari kerusakan mikrobiologi, enzimatis, atau kimiawi. Sedangkan dehidrasi adalah proses mengeluarkan atau menghilangkan air dengan menggunakan energi panas hingga tingkat kadar air yang sangat rendah mendekati ”bone dry”. Bone dry adalah suatu keadaan dimana seluruh air pada bahan telah dikeluarkan hingga kadar air bahan tersebut adalah nol (Wirakartakusumah, 1989). Pengeringan bahan berbentuk cair dapat dilakukan dengan menggunakan freeze drying, spray drying atau vacuum drying (j. Werkhoven, 1974).
1. Pengeringan Semprot (Spray drying)
Alat pengeringan tipe semprot (spray dryer) digunakan untuk mengeringkan suatu larutan, campuran atau produk cair lainnya menjadi bentuk powder pada kadar air mendekati kesetimbangan dengan kondisi udara pada tempat produk keluar. Selain digunakan untuk mengeringkan bahan pangan juga digunakan untuk mengeringkan bahan kimia dan
produk farmasi. Kopi instan, teh instan dan susu bubuk umumnya dikeringkan dengan spray dryer.
Menurut Wirakartakusumah (1992), spray dryer atau pengering semprot digunakan untuk menghasilkan tepung dari suspensi cairan. Seperti proses pengeringan lainnya, prinsip pengeringan semprot cukup sederhana. Cairan disemprotkan ke dalam aliran gas panas, air dalam tetesan (droplet) menguap dengan cepat meninggalkan tepung kering. Tepung dipisahkan dari udara yang mengangkutnya dengan menggunakan separator atau kolektor tepung. Walaupun suhu udara masuk ruang pengering sangat tinggi, kecepatan penguapan yang tinggi menyebabkan pendinginan yang berarti, sehingga dapat menghindarkan bahan dari pemanasan yang berlebihan, bahkan tidak ada kontak bahan basah maupun produk kering dengan medium yang panas sekali.
Aliran uap air dari bahan akan menghambat difusi oksigen ke dalam bahan sehingga oksidasi yang terjadi selama pengeringan sedikit sekali. Selain fan (pompa udara ) pemanas dan pengumpan, ada tiga komponen penting dari pengering semprot, yaitu atomizer, ruang pengering dan sistem pemisah atau pengumpul produk kering. Keuntungan bahan yang dikeringkan dengan menggunakan pengering semprot yaitu akan memperkecil kerusakan bahan pangan akibat pemanasan terutama untuk bahan-bahan yang sensitif terhadap panas.
Waktu kontak antara droplet bahan dengan udara panas dalam ruangan pengering berlangsung singkat, hanya beberapa detik sehingga sedikit sekali kemungkinan nutrisi terdegradasi karena panas (Master, 1979). Kelebihan dari pengering semprot dibandingkan jenis alat pengering lainnya yaitu : (1) produk akan menjadi kering tanpa bersentuhan langsung dengan permukaan logam panas, (2) suhu produk rendah meskipun suhu udara pengering yang digunakan cukup tinggi, (3) penguapan air terjadi pada permukaan yang sangat luas sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan hanya beberapa detik saja, dan (4) produk akhir yang dihasilkan berbentuk bubuk yang stabil sehingga memudahkan dalam penanganan dan transportasi.
1.1. Atomizer
Ada dua tipe atomizer yang umum digunakan dalam spray dryer, yaitu presure swirl nozzle dan centrifugal. Dengan nozel cairan ditekan melalui lubang yang berputar dengan tekanan antara beberapa ratus sampai beberapa ribu lb per inci persegi. Ruang tempat bahan sebelum melewati nozzle didisain agar gerakan cairan berolak. Keuntungan nozel diantaranya adalah konstruksinya yang sederhana sehingga harganya murah dan mudah diganti. Kerugiannya adalah mudah mengalami penyumbatan dan nozzle menjadi aus.
Dalam atomizer sentrifugal, cairan diumpan ke dalam rotor yang berputar dengan kecepatan 15000 sampai 40000 rpm. Bentuk- bentuk rotor yang sering digunakan antara lain, celah-celah, dengan baling-baling atau bentuk lainnya. Atomizer sentrifugal menangani padatan tersuspensi dengan mudah, dengan kisaran kapasitas yang luas. Roda atomizer berbaling-baling digerakkan dengan turbin angin hingga menghasilkan putaran 35000 sampai 40000 rpm. Pada kecepatan tersebut, suara desingan hampir tidak terdengar. Jika suara menunjukkan bahwa kecepatan lebih rendah dari persyaratan, pertama periksa tekanan udara yang digunakan untuk menggerakan atomizer. Jika tekanan sesuai dengan yang dibutuhkan, berarti penurunan kecepatan disebabkan friksi yang tidak normal, pelor roda aus atau poros kincir rusak atau bengkok. Karakteristik penting yang harus dimiliki atomizer adalah harus menghasilkan partikel cairan dengan ukuran kecil dan seragam. Jika ukuran partikel tidak seragam maka partikel berukuran kecil akan mengalami pemanasan yang berlebihan.
1.2. Ruang Pengeringan
Fungsi ruang pengeringan adalah menjaga suspensi partikel bahan yang dikeringkan dalam aliran udara sampai partikel mengering menjadi tepung. Ruang pengering bisa vertikal ataupun horizontal, dan aliran udara bisa paralel, berlawanan atau campuran.
Sedangkan bentuknya ada yang berbentuk boks ada juga yang berbentuk silindris dengan alas berbentuk kerucut.
Pada spray dryer horizontal selalu digunakan aliran udara dan aliran suspensi yang paralel, tepung kering akan jatuh ke lantai pangering dan secara kontinyu diangkut dengan alat pengumpul. Dalam tipe vertikal, udara masuk ruang pengering melalui dispenser, selanjutnya bersama-sama produk kering diisap melalui pipa pengangkut produk di dasar pengering, atau dengan arah sebaliknya dan udara diisap pada bagian atas. Tipe lainnya baik udara maupun bahan masuk dari bagian dasar dan semua aliran keluar dari bagian atas, atau aliran berlawanan dengan udara mengalir ke atas tepung bergerak ke bawah. Tepung harus sudah mengering sebelum dipisahkan dari aliran udara pengering. Oleh karena itu ruang pengeringan harus cukup besar untuk mencukupi tempat dan waktu yang diperlukan untuk melengkapi proses pengeringan.
1.3. Kolektor Tepung
Pemisahan produk kering dari udara bisa terjadi dalam ruang pengering, karena arah aliran yang berlawanan. Siklon banyak digunakan sebagai alat separasi tepung dengan udara. Udara yang mengangkut produk kering masuk di bagian atas siklon dengan arah tangensial, tepung dilemparkan ke permukaan dalam kerucut karena gaya sentrifugal dan perputar turun kemudian masuk penampung produk di bawah kerucut siklon. Sedangkan udara naik dan keluar melalui exhauster pada tengah-tengah bagian atas siklon.
Selain siklon, alat separasi yang biasa digunakan adalah filter kantong. Kantong tenunan dengan diameter sekitar 30 cm dan panjang beberapa kaki disusun untuk mencukupi kapasitas. Rangkaian filter secara otomatis bergetar dan mengeluarkan tepung dari bagian bawah.
2. Pengeringan Beku (Freeze drying)
Pengeringan beku (frezee drying) adalah proses pengeringan yang didahului oleh proses pembekuan. Proses pengeringan beku melibatkan 3 tahap yaitu : a) tahap pembekuan; pada tahap ini bahan didinginkan hingga suhu tertentu dimana seluruh air dalam bahan manjadi beku, b) tahap pengeringan utama; disini air dan pelarut dalam keadaan beku dikeluarkan secara sublimasi, tekanan ruang harus lebih rendah atau mendekati tekanan uap kesetimbangan air dalam bahan beku, dan c) tahap pengeringan sekunder; tahap ini mencakup pengeluaran uap hasil sublimasi atau air terikat yang ada di lapisan kering serta pada tahap ini dimulai segera setelah tahap pengeringan utama berakhir (Earle, 1989). Lama pengeringan beku dipengaruhi oleh kandungan air bahan, ketebalan bahan dalam tray, suhu yang digunakan serta tekanan dalam ruang pengering. Suhu pengeringan ditetapkan pada jangkauan suhu yang dapat mencegah atau mengurangi kehilangan kandungan gula, asam dan komponen volatilnya (Desrosier, 1988).
Prinsip dasar pengeringan beku adalah, bahwa air beku masih memiliki tekanan uap (133,3 – 666,5 Pa), sehingga dapat dihilangkan dari sistem melalui cara sublimasi. Pada titik tripel (0 0C, 610 Pa), terlihat bahwa fasa padat dengan gas terletak berdampingan dan berimbang. Jika tekanan dibawah 610 Pa dan suhu 0 0C akan terjadi perubahan bentuk langsung dari fasa padat (tanpa melalui fasa cair) menjadi fasa gas, artinya es tersublimasi (Voight, 1994)
Panas sublimasi yang diperlukan pada pengeringan beku masuk ke dalam bahan secara konduksi melalui lapisan kering pada bahan dan kemudian uap air keluar melalui lapisan yang sama. Pada proses pengeringan beku terjadi kesetimbangan antara aliran uap yang keluar dari produk dan panas yang masuk ke dalam produk (Harper et al, dikutip Dien Rozal, 1999).
Selanjutnya Heldman dan Singh (1981), menerangkan bahwa laju pembekuan yang digunakan akan menetukan porositas produk kering beku yang dihasilkan. Pembekuan cepat akan menghasilkan produk kering beku
yang mempunyai pori lebih kecil, karena laju perpindahan panas dari sistem berlangsung cepat sehingga dihasilkan kristal es yang kecil tersusun secara merata pada jaringan. Pembekuan lambat akan menyebabkan terbentuknya kristal es yang besar yang tersusun pada ruang antar sel dengan ukuran pori yang besar dan ukuran pori yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan suhu yang digunakan pada proses pembekuan.
3. Pengeringan vakum (Vacuum drying)
Pada pengeringan dengan vacuum dryer, kadar air bahan dikurangi dengan menguapkannya pada tekanan di bawah tekanan atmosfir. Pengeringan dengan vacuum dryer biasanya digunakan untuk bahan-bahan yang sensitif terhadap panas, seperti obat-obatan, makanan dan sebagainya. Suhu pengeringan tidak kurang dari 400C dengan sistem batch (Hall, 1979 dikutip Zumaidi 1994). Dengan keadaan yang demikian maka pengering tipe vakum ini cocok digunakan sebagai alat pengering dalam pembuatan teh hijau instan.
Semua sistem pengeringan vakum mempunyai 4 elemen terpenting, yaitu ruang hampa dengan konstruksi tertentu, alat-alat untuk mensuplai panas, alat-alat mempertahankan kondisi hampa dan komponen untuk mengumpulkan uap air yang dievaporasikan dari bahan pangan.