BAHAN DASAR
C. TEKNOLOGI EKSTRUSI 1.Proses Ekstrusi 1.Proses Ekstrusi
Dewasa ini, ekstrusi bahan pangan telah berkembang menjadi suatu proses pengolahan pangan yang serbaguna. Perkembangan teknologi ini terutama
10 terletak pada kemampuan ekstruder untuk membentuk produk pangan secara kontinyu melalui pencampuran, pengulian, pemotongan, pemasakan, pembentukan, dan pengembangan (Chang et al., 1999). Produk pangan seperti
breakfast cereal, kudapan ringan, pati termodifikasi, makanan bayi dapat
diproduksi menggunakan proses ekstrusi.
Menurut Ahza (1996), teknologi pangan ekstrusi dapat didefinisikan sebagai teknologi pengolahan pangan yang menggunakan prinsip-prinsip proses mendorong bahan di dalam suatu laras dengan mekanisme transport menggunakan ulir sampai melewati suatu lubang pencetak atau die untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan. Fungsi pengekstrusi meliputi gelatinisasi atau pemasakan, pemotongan molekuler, pencampuran, sterilisasi, pembentukan, dan penggelembungan atau pengeringan (puffing atau drying) (Muchtadi et al., 1988).
Menurut Riaz (2001), proses pemasakan ekstrusi menggabungkan proses pemanasan dengan proses ekstrusi yang menghasilkan produk pangan yang matang dan memiliki bentuk yang khas. Komponen-komponen pangan seperti air, karbohidrat, dan protein mengalami pemasakan selama proses ekstrusi sehingga menghasilkan adonan yang viscous.
Secara singkat prinsip pemasakan ekstrusi adalah suatu proses pengolahan yang menggunakan alat yang sekaligus dapat mendorong bahan dan mengadoni bahan sampai melewati lubang cetakan. Semua proses tersebut umumnya dilakukan dengan menggunakan aplikasi suhu tinggi dalam waktu singkat. Proses ini menimbulkan efek yang sama dengan UHT (Ultra High Temperature) yaitu mikroba mati namun kerusakan gizi kecil (Riaz, 2001). Hasil pemasakan proses ekstrusi adalah gelatinisasi pati, denaturasi protein serta inaktivasi enzim yang terdapat pada bahan mentah (Harper, 1981).
Teknologi ekstrusi memiliki aturan yang penting dalam industri pangan sebagai proses produksi yang efisien. Teknologi pemasakan ekstrusi digunakan untuk pembuatan sereal dan memproses protein dalam pangan (Guy, 2001). Pemasakan ekstrusi merupakan metode yang paling popular untuk memproduksi produk sereal dalam menentukan bentuk, ukuran, dan formulasi yang diinginkan (Eastman et al., 2001).
11 Proses ekstrusi lebih mudah diprediksi dan memerlukan energi yang lebih sedikit dibandingkan proses pemasakan batch. Pemasakan dengan ekstrusi mempunyai beberapa keuntungan meliputi keluaran produk yang tinggi, efisiensi energi, kontrol suhu, dan mampu menyesuaikan varietas bahan untuk menghasilkan produk akhir yang sesuai dengan keinginan (Eastman et al., 2001). Pengembangan produk sereal dengan kualitas yang tinggi bergantung pada formulasi dan proses ekstrusi.
Umumnya bahan berupa tepung atau grits dapat ditingkatkan kelembabannya dengan steam atau penambahan air. Proses panas pada ekstrusi dihasilkan dari gesekan ulir sedangkan panas pada barrel diperoleh dari steam. Dibawah suhu dan tekanan, produk sereal menjadi mencair karena kenaikkan suhu dan berubah bentuk menjadi plastis di dalam barrel (Hoseney, 1998).
Komposisi bahan baku yang akan diekstrusi perlu diperhatikan. Kadar air memegang peranan penting terhadap pengembangan dalam proses ekstrusi. Holay dan Harper (1982) mengatakan bahwa kadar air sangat mempengaruhi derajat gelatinisasi dan air juga berfungsi sebagai reaktan dalam reaksi kompleks dengan komponen lainnya. Hasil ekstrusi dengan kelembaban tinggi mempunyai ukuran pori-pori lebih besar dan dinding sel lebih tebal. Bila hasil ekstrusi terlalu lembab, produk yang diperoleh dapat mengembang cukup besar setelah keluar dari cetakan tetapi menyusut sebelum dingin, memadat dan menjadi produk dengan tekstur keras yang tidak disukai (Muchtadi et al., 1988).
2. Ekstruder
Ekstruder adalah alat untuk melakukan proses ekstrusi. Ekstruder dapat digunakan untuk menunjukkan beberapa fungsi yang berbeda meliputi pencampuran, pembentukan, puffing, dan pengeringan, bergantung pada model ekstruder dan kondisi proses (Eastman et al., 2001). Kombinasi satu atau lebih fungsi tersebut merupakan hal yang tidak dapat terpisahkan dalam proses ekstrusi. Selain itu ekstruder memiliki beberapa keuntungan seperti mampu mengolah bahan pangan dengan cepat, biaya produksi yang rendah, alat mudah diotomisasi dan tidak banyak menghasilkan limbah.
12 Ekstruder terdiri dari ulir putar (screw) yang terpasang dalam laras yang tertutup rapat dan sering dikelilingi oleh jaket pemanas. Pemasukan panas utama sering dihasilkan dari perputaran screw meskipun pemanas laras juga digunakan. Bahan menjadi tebal dan berat menyerupai fluida kental di dalam proses ekstrusi yang akan menghambat perputaran screw. Penggunaan motor berkekuatan tinggi akan membuat screw terus berputar, namun akan menghasilkan panas yang tinggi akibat gesekan antar bahan. Perputaran screw memaksa produk bergerak sepajang laras dan membangkitkan tekanan yang akhirnya digunakan untuk pembentukan produk (Miller, 1993).
Ekstruder yang umum digunakan terdiri dari ekstruder ulir tunggal (single
screw) dan ekstruder ulir ganda (twin screw) yang berputar dalam barrel
(Eastman et al., 2001). Menurut Bhattacharva dan Padmanabhan (1992), ekstruder ulir ganda mempunyai kelebihan daripada eksruder ulir tunggal yaitu kontrol dan keseragaman produk lebih baik.
Ekstruder ulir ganda atau ulir kembar terdiri dari dua ulir yang sama panjang dan terletak berdampingan dalam satu barel. Berdasarkan arah putarannya, ekstruder ulir ganda dapat dibedakan menjadi counter rotating dan co-rotating seperti terlihat pada Gambar 3. Berdasarkan pada bentuk dan cara pemasangan ulir di dalam laras maka terdapat ekstruder ulir ganda intermeshing dan
non-intermeshing (Harper, 1981).
Gambar 3. Tipe ulir ektruder ulir ganda (Anonimb, 2010)
Sistem konfigurasi non-intermeshing, sumbu kedua ulir tersebut terletak cukup berjauhan sehingga putaran ulir yang satu tidak terlalu mempengaruhi putaran ulir yang lain. Hal ini dapat dinyatakan bahwa konfigurasi
non-13
intermeshing dianggap sebagai dua ekstruder ulir tunggal dengan kapasitas yang
lebih besar (Hariyadi, 1996). Sistem intermeshing, kedua sumbu ulir tersebut cukup berdekatan sehingga flight dari ulir yang satu dapat masuk ke dalam
channel pada ulir yang lain, sedemikian rupa sehingga saling terkait. Sistem
demikian ini memungkinkan self-cleaning dan self-wiping (flight dari satu ulir menyapu dan membersihkan bahan yang berada dalam channel ulir yang lain) maka kapasitas transportasi ekstruder ulir ganda, khususnya dengan konfigurasi
intermeshing akan meningkat. Kapasitas transport yang baik ini dapat digunakan
untuk membawa bahan yang bersifat lengket, yang tentunya sangat sulit untuk ditangani dengan ekstruder ulir tunggal (Hariyadi, 1996).
Keunggulan dari ekstruder ulir ganda, yaitu: (1) kontrol yang teliti untuk produk-produk yang karakteristik, (2) ekstrusi untuk produk-produk yang peka terhadap panas, (3) mengurangi penguapan aroma, (4) proses kering terhadap bahan-bahan yang biasanya membutuhkan kelembaban tambahan, dan (5) memiliki karakteristik adukan bagian dalam yang baik (Muchtadi et al., 1988).
Ekstruder ulir ganda memiliki beberapa konfigurasi yang mungkin. Hasil produknya dapat dibentuk dengan ulir yang melakukan rotasi searah (co-rotating) atau ulir dengan rotasi berlawanan dimana keduanya bisa saling berpaut atau tidak saling berpaut. Model yang saling berpaut biasanya lebih efektif. Ekstruder ulir ganda saling berpaut adalah jenis ekstruder yang paling banyak digunakan pada industri makanan. Mesin seperti ini, ulir dapat diubah-ubah untuk mengalirkan lebih banyak bahan (conveying), meningkatkan peremasan adonan, pemotongan, tekanan serta pengisian ulir (Muchtadi et al., 1988).
Ulir-ulir yang saling berpaut mempunyai saluran di antara ulir sehingga bahan mengalir dan ditekan. Aliran mirip sumbat yang dihasilkan oleh kecepatan ulir yang lambat membatasi banyaknya pemotongan terhadap bahan. Umumnya panas tambahan harus diberikan agar diperoleh pemasakan yang tepat (Muchtadi
et al., 1988).
Ekstruder ulir ganda telah digunakan untuk membuat berbagai produk yang biasanya diekstrusi dengan ekstruder ulir tunggal. Aplikasi lainnya adalah produk-produk yang membutuhkan bentuk yang teliti atau produk dengan kelemahan rendah. Ekstruder berulir ganda dapat digunakan dengan baik untuk
14 mengekstrusi formula yang mengandung gula setinggi 20% dan produk dengan kelembaban serendah 5% (Muchtadi et al., 1988).
Model ekstruder ulir ganda (twin screw extruder) lebih sering dipilih oleh perusahaan-perusahaan pengolahan makanan. Model ini merupakan pilihan yang tepat untuk melakukan diversifikasi jenis-jenis makanan, dikarenakan kemampuannya yang baik dalam mengatur daya tekan mekanis dan daya giling efektif pada adonan di dalam selubung mesin ekstruder (barrel) (Baianu, 1992). Ekstruder ulir ganda terdapat dua ulir yang paralel ditempatkan dalam laras berbentuk angka delapan. Jarak ulir yang diatur dengan rapat akan mengakibatkan bahan bergerak diantara ulir dan laras.
D. PERUBAHAN KOMPONEN BAHAN
1. Pati
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai karbonnya, serta lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati tersusun paling sedikit oleh tiga komponen utama, yaitu amilosa dan amilopektin serta material antara seperti lipid dan protein.
Pati terdistribusi secara luas dalam jaringan tanaman sebagai cadangan karbohidrat. Pati pada sereal terdapat dalam dua bentuk yaitu amilosa (fraksi terlarut) dan amilopektin (fraksi tidak larut). Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α-(1,4)-D-glukosa, sedang amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan α-(1,4)-D-glukosa sebanyak 4-5% dari berat total (Winarno, 2002).
Pati mempunyai peranan yang penting bagi produk ekstrusi, selain berpengaruh pada tekstur juga pada daya awetnya. Pengaruh itu terutama disebabkan pada ratio amilosa-amilopektin dalam pati. Amilopektin diketahui bersifat merangsang terjadinya proses pengembangan (puffing), sehingga produk ekstrusi yang berasal dari pati-patian dengan kandungan amilopektin tinggi akan bersifat ringan, porous, kering, dan renyah. Sebaliknya pati dengan kandungan amilosa tinggi cenderung menghasilkan produk yang keras, pejal, karena proses mekar hanya terjadi secara terbatas (Muchtadi et al., 1988). Amilosa yang
15 diperlukan untuk memperoleh produk mengembang yang renyah berkisar antara 5-20% (Miller, 1995).
Proses utama yang dialami oleh bahan yang mengandung pati melalui proses ekstrusi adalah proses gelatinisasi pati. Proses gelatinisasi pati melibatkan suatu rangkaian peristiwa molekular karena adanya perlakuan suhu tinggi dan tergantung pada ketersediaan air (Tester, 2004). Menurut Hariyadi (2006), gelatinisasi pati akan menyebabkan peningkatan daya cerna pati produk ekstrusi.
Menurut Camire (2001), proses ekstrusi adalah suatu proses yang unik karena gelatinisasi terjadi pada kadar air rendah (12-20%), dimana kadar air merupakan hal yang sangat penting dalam gelatinisasi pati. Kondisi proses ekstrusi yang dapat meningkatkan suhu, gesekan (shear), dan tekanan cenderung untuk meningkatkan laju gelatinisasi. Selama proses ekstrusi, amilosa dan amilopektin mengalami pengurangan berat molekul. Cabang-cabang amilopektin dapat dengan mudah dilepas di dalam barrel selama proses ekstrusi.
Mekanisme proses gelatinisasi diuraikan secara ringkas oleh Harper (1981). Pertama butiran pati akan menyerap air yang akan memecahkan kristal amilosa dan memutuskan ikatan-ikatan struktur heliks dari molekul tersebut. Adanya penambahan air dan pemanasan, maka amilosa mulai berdifusi keluar butiran. Akhirnya butiran tersebut hanya akan terdiri sebagian amilopektin kemudian pecah dan membentuk suatu matriks dengan amilosa yang merupakan gel. Mekanisme proses gelatinisasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Mekanisme gelatinisasi butiran pati (Harper, 1981)
Granula pati mentah terdiri atas amilosa (helix) dan amilopektin (bercabang-cabang)
Penambahan air memecah kristalinitas dan merusak keteraturan bentuk amilosa dengan melonggarkan ikatan helix granula pati. Granula mengembang Penambahan panas dan air yang berlebihan akan menyebabkan granula pati lebih mengembang. Amilosa mulai berdifusi keluar granula
Granula pati mengandung hanya sebagian besar amilopektin, terperangkap dan terlihat dalam struktur amilosa, membentuk suatu sel
16 2. Protein
Setiap protein memiliki karakterisasi berbeda-beda sesuai bentuk konformasi. Konformasi protein yang berasal dari struktur sekunder, tersier dan kuartener mudah terputus. Perlakuan protein seperti dengan asam, alkali, pelarut, panas dan radiasi menyebabkan terjadinya modifikasi konformasi struktur-struktur tersebut.
Proses ekstrusi yang menggunakan suhu tinggi menyebabkan protein akan terdenaturasi (Smith, 1981). Denaturasi merupakan fenomena dimana terbentuknya konformasi baru dari struktur yang telah ada. Denaturasi protein mengakibatkan turunnya kelarutan, hilangnya aktivitas biologi, peningkatan viskositas dan protein mudah diserang oleh enzim proteolitik (Fennema, 1985).
Proses ekstrusi dapat memperbaiki daya cerna protein melalui denaturasi protein, sehingga sisi aktif enzimnya terbuka. Sebagian besar protein seperti enzim dan enzim inhibitor kehilangan aktivitasnya akibat adanya proses denaturasi protein. Adanya denaturasi protein dinilai dapat mengakibatkan perubahan kelarutan protein di dalam air (Camire, 2001).
Komponen protein dalam bahan baku mempengaruhi produk ekstrusi yang dihasilkan. Protein turut berperan dalam menentukan tekstur produk ekstrudat. Pengaruh protein ini tergantung pada tipe dan konsentrasi protein. Semakin tinggi kadar protein semakin rendah derajat pengembangan produk ekstrudat (Faubion dan Hoseney, 1982).
3. Lemak
Umumnya bahan baku yang digunakan dalam pembuatan produk ekstrusi memiliki kadar lemak yang rendah (kurang dari 10%). Kandungan lemak yang tinggi dapat mengakibatkan berkurangnya gesekan di dalam barrel, sehingga menurunkan konversi energi mekanis menjadi panas selama proses ekstrusi. Hal ini dapat berpengaruh terhadap pengembangan produk (Camire, 2001).
Lemak dan minyak pada produk ekstrusi akan mempengaruhi tekstur, rasa dan flavor produk (Harper, 1981). Selama proses ekstrusi, lemak dan pati akan membentuk stuktur yang baru sehingga dapat menghambat pengembangan produk ekstrusi (Faubion dan Hoseney, 1982). Lemak dalam biji-bijian akan membentuk kompleks dengan pati bila diproses dengan ekstrusi. Lemak akan
17 berikatan dengan amilosa dan amilopektin sehingga dapat menghambat pengembangan dan mengurangi sifat renyah dari produk (Muchtadi et al., 1988).
Mekanisme penghambatannya adalah lemak akan membentuk suatu lapisan pada bagian luar granula pati dan sekaligus akan menghambat penetrasi air ke dalam granula. Penetrasi air yang lebih sedikit akan menghasilkan gelatinisasi rendah (Polina, 1995). Namun menurut Ahza (1996), jika lemak berada dalam kondisi bebas (tidak terikat dengan bahan lain) berfungsi sebagai pelumas dalam laras sehingga akan mengurangi konversi energi mekanis untuk menaikkan suhu gelatinisasi pati dan sekaligus menurunkan ekspansi produk.
4. Garam
Garam dapat meningkatkan viskositas dalam laras ekstruder sehingga meningkatkan tingkat konversi energi mekanik (mempercepat pemasakan) dan meningkatkan ekspansi produk. Garam juga mempengaruhi kelarutan dan kekentalan protein sehingga meningkatkan kekuatan tekstur dan ekspansi ekstrudat (Miller, 1995).
18
III. METODOLOGI PENELITIAN