Mempelajari Kondisi Operasi dan Karakteristik Pengeringan Beku Pasta Cabe Jawa (Piper retrofractum Vahl)

MEMPELAJARP KONDISI OPERAS1

DAN

KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU

PASTA

CABE

JAWA

(Piper retrofractunz VultS)

Olell

:

WSDIYANI

TEP

97197

PROGRAM STUD1 ILMU KETEKNIKAN PERTANIAN

PROGRAM PASCASARJANA

INSTITUT PERTANAN BOGOR

-

-

I

sesungguhnya dalam pencipfaan langit dan bumi, silih berganfinya malam da siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang ALLAH turunkan dari langif berupa air, lalu clengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mafi(kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi ifu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan ysng dikendaliken anfara langif da

bumi; sungguh ferdapat fanda-fanda keesaaan dan kebesaran ALLAH bagi kaur. yang memikirkan.

(Al-Baqarah (2) : 164)

D a n sesungguhnya telah Kami mudahkan Al-Qur'an untuk pelajaran, maka adakah orang yang mengambii peiajaran?

(A/-Qamar

(54)

:

17)

Karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta, Ananda Buah hafi, spirif hidup, harapan masa depan,

PANCAR PRIANGGA PUTRA NEGARA dan

PROUDHIA PERKASA P W R A NUSANTARA,

Suami fercinfa; atas cinta, dorongan , mofivasi, dan pengorbanan,

DRS.

AHMAD

&GDM

dan seluruh keluarga besar

MEMPELAJARI

KONDISI OPERAS1

DAN

KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA

CABE JAWA

(Piper retrofraciurn Valzl)

Oleh :

KISDlYANI

TEP

97197

Tesis sebagai salah satu syarat memperoleh

Gelar Magister Sains pada Program Pascasarjana

lnstitut Pertanian Bogor

\ ,

PROGRAM

STLDI

E M U

KETEKNLKAN PERTANIAnT

PROGRAM

PASCASARJANA

SURATPERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul :

MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN KARAKTERISTIK PENGE-

RINGAN BEKU PASTA CAB€ JAWA ( Piper Retrofractum Vahl.)

adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah

dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah

dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.

Bogor, Februari 2002

ABSTRAK

Kisdiyani. TEP

97197.

MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN

KARAKTERISTIK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE JAWA (Piper refrofracfum Vahl). Di bawah bimbingan

DR.

Ir.

Armansyah

H.

Tambunan (Ketua),

DR.

Ir.

Sutrisno (Anggota) dan

DR.

IF. Purwiyatno Hariyadi (Anggota).

Untuk memperoleh mutu hasil pengolahan yang baik terhadap tanaman obat, khususnya cabe jawa, digunakan teknik pengeringan beku dalam proses penge- ringan.

Percobaan dilakukan dengan dua perlakuan yaitu 3 tingkat laju pembekuan dan

3 tingkat tekanan untuk mempelajari kondisi operasi dan karakteristik pengeringan beku cabe jawa yang berbentuk pasta.

Asumsi yang digunakan pada analisa data adalah pindah panas dan pindah massa yang terjadi berlangsung satu arah dan bahan dianggap berbentuk lempeng tak hingga.

Proses pengeringan beku diawali dengan proses pembekuan bahan dengan metode lempeng sentuh, dilanjutkan dengan proses pengeringan primer dan pengeringan sekunder.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan dan laju pembe- kuan yang diberikan maka semakin besar nilai konduktivitas bahan. Hal ini rnengakibatkan waktu pengeringan beku semakin cepat. Selanjutnya, diperoleh bahwa sernakin tinggi tekanan yang diberikan maka semakin besar nilai permea- bilitasnya. Sedang peilakuan laju pernbekuan memberikan kecenderungan yang kurang pasti terhadap permeabilitas. Proses sublimasi yang memanfaatkan panas konduksi lebih dari 90% dicapai bila tekanan yang digunakan adalah tinggi.

Dari segi mutu, dengan metode standar Materia Medika Indonesia (MMI) maka pengeringan beku mernberikan hasil yang lebih baik dibanding dengan metode pengeringan oven dan memenuhi standar MMI. Dengan metode spektrometri massa, pengeringan beku menghasilkan kadar piperin 19% !ebih tinggi dibanding dengan metode pengeringan oven.

Dengan analisa GC-MSD diperoleh bahwa pengeringan beku dengan tekanan

Judul

:

MEMPELAJARI KONDlSl OPERAS1 DAN KARAK-

TERlSTlK PENGERINGAN BEKU PASTA CABE

JAWA

(Piper retrofractum

Vahl)

Oleh

: Kisdiyani

NRP

:

97197

Menyetujui,

Ketua Komisi

bimbing

Dr. Ir. Armansyah H Tambunan. MAqr

-

NIP.

131 667 791

Dr. Ir.

Sutrisno,

MAnr

Anggota

Ketua Program Studi

PRAKATA

Puji syukur ke hadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

Tesis ini disusun berdasarkan penelitian yang telah dilakukan. Penulis berharap tulisan ini dapat memberikan gambaran rnengenai pengeringan beku, pindah panas dan massa, serta mutu hasil pengeringan beku cabe jawa.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tulisan ini, namun semoga karya ini tetap memberi manfaat bagi pembaca.

Dalam kesempatan ini penulis ingin rnenyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. DR. ir. Armansyah H. Tambunan, selaku ketua komisi pembimbing sekaligus dosen penguji atas segala motivasi, pengertian dan semua bantuannya,

2.

DR. Ir. Sutrisno, selaku anggota komisi pembimbing sekaligus dosen penguji atas segala dorongan dan bimbingannya,

3. DR. Ir. Purwiyatno Hariyadi, selaku anggota komisi pembimbing sekaligus dosen penguji atas segala bantuan dan bimbingannya,

4. Dewan Riset Nasional RUT

IV

tahun anggaran 1998-2000 dan

BPPS

Dikti Depdiknas atas bantuan dananya,

5. Abdul Kodir, Yenny serta Suandi, we are the best team !!! 6. Prihanani, Arista, Niki dan Tiwi, atas dorongan dan spiritnya,

7. Rekan-rekan TEP '97 : M. Solahudin, Doddy, Yose, Edi J, d m Domma, 8. Rekan-rekan TEP

S3

: Bambang, Momon, Amin, Edwart, Trisasiwi, Wuryani, 9. Muti dan Yuspidallping atas dukungan dan motivasinya,

10. Suharto, selaku teknisi di Lab. Pindah Panas dan Massa,

11. Hernani, Bapak Eko dan Tri Tiyaningsih selaku peneliti Balittro,

12. Linda dan Erna, selaku peneliti di Lab. Doping Depkes Jakarta,

13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala duku- ngannya.

Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 12 Nopember 1968 dari seorang bapak bernama Parto Raharjo dan ibu bernama Jumirah. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SDN Balapan no 30 Solo pada tahun 1981 dan Sekolah Menengah Pertama di SMPN 4 Solo pada tahun 1984. Tahun ajaran 1984- 1985 penulis melanjutkan sekolah di SMA Muhammadiyah 1 Solo dan sejak tahun ajaran 1985-1988 penulis bersekolah di SMAN 2 Solo sampai lulus pada tahun 1988. Sejak tahun 1988 penulis tercatat sebagai mahasiswa di IPB jurusan Mekanisasi Pertanian dan dinyatakan lulus pada tanggal 11 Januari 1993.

Sejak tahun 1994 penulis bekerja sebagai staf pengajar di Universitas Sahid Jakarta pada Fakultas Teknik sampai saat ini. Pada :shun 1997 penulis berkesempatan menuntut ilmu di Program Pascasarjana IPB pada prograni studi llmu Keteknikan Pertanian dan dinyatakan lulus pada tanggal 15 Februari 2001.

DAFTAR

IS1

Dafiar Isi

...

.

.

...

...

...

. .

. . .

. .

. . . . .. ..

... . .. . . .. . .

...

. .

.

.

..

.

.

.

. . . . ..

...

... .

...

.

. . .

...

.i

.

.

.

Daftar Tabel

... .

.

. .

.

.

. .

. . .

.

.

.

. . .

,

.

.

. . .

.

. . .

.

. . .

.

. . .

.III

Daftar Gambar

...

...

... ...

iv Daftar Lampiran..

.

. . .

.

. .

. .

.

.

.

. . .

. . .

. . .

.

. . .

. . .

. . .

.

. . .

.

.

. . .

.

.

.

. . .

. . .

,vi

...

Dafiar Simbol..

. . . .

. . .

.. . .

. . .

. . .

. . .

..

.

.

. .

.

. . .

..VIII

PENDAHULUAN

Latar Belakang

...

1 Tujuan Penelitian

... ... .. ...

4

TINJAUAN PUSTAKA

Cabe Jawa (Piper retrofractum' VAHL.)

... ... . . . .. . ..

... . .... ... ...

.. .. . . . ...

6 Pengeringan Beku ... 5

Proses Pirtdah Panas dan Massa..

.

. . .

...

I 5

PENDEKATAN TEORlTlS

Teoritis Pengeringan Beku Model Slab

... ... . . .

. . .

.

. . .

...

19 Aliran Panas Selama Pengeringan Beku

...

... ...

... ...

...

...

. .. ... ...

...

22

METODOLOGI

Tempat dan Waktu Penelitian

...

...

...

...

25

Bahan, Alat dan Metode

...

..

....

... ... .

.

.

...

25 Pengamatan dan Kajian

.... . . . .. .

.

.

. . .

.

. . . .

. . .

. .

. .

..

. .

. . .

. .. . . .. . .

. . .

.3 1

HAS11 DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Pengeringan Beku

...

..

. .

. . . .

.

. . .

.

. . .

.

. . .

.

.

.

.. .

. . .. . . .

....

38

...

Proses Pindah Panas dan Massa 52

Pengaruh Kondisi Operasi Terhadap Nilai Konduktivitas Panas dan

...

Permeabilitas Uap air 53

...

Aliran Panas Selama Pengeringan Beku 58

Pengaruh Kondisi Operasi Terhadap Mutu Hasil Kering Beku Pasta Cabe

...

Jawa -63

...

Porositas Bahan Kering Beku 63 Mutu Hasil Pengeringan Beku

...

65

KESIMPULAN DAN SARAN

...

Kesimpulan 69

...

Saran 71

...

DAFTAR PU STAKA

-72

...

DAFTAR TABEL

No Teks Halarnan

1

.

Kisaran Konduktivitas Termal Bahan Hasil Pengeringan Beku

...

5

2

.

Kadar Kandungan Air. Piperin. dan Minyak Atsiri

...

9

3

.

Perbedaan Metode dan Mutu Produk Antara Pengeringan Konven- sional Dan Pengeringan Beku

...

16

4

.

Periakuan yang Diberikan dalarn Penelitian

...

30

...

5

.

Kondisi Pembekuan Cabe Jawa 41

6

.

Kondisi Pengeringan Beku Cabe Jawa

...

44

...

7

.

Nilai Konduktivitas Panas dan Perrneabilitas Cabe Jawa 53

8

.

Efisiensi Energi Selarna Proses Pengeringan Beku

...

61

9

.

Hasil Perhitungan Energi Sublirnasi dan Sensibel Cabe Jawa

...

62 10

.

Aliran Panas aan Pengaruh Tekanan dan Laju Pernbekuan Selarna

Pengeringan Beku

...

62

11

.

Ukuran Pori Bahan Kering Beku dan Kering Oven

...

65

12

.

Hasil Analisa Mutu Cabe Jawa

...

66

DAFTAR GAMBAR

No Teks Halaman

...

1

.

Bentuk Tanaman dan Buah Cabe Jawa 7

2

.

Hubungan antara Suhu dan Tekanan Uap Air

...

13

....

3

.

Perpindahan Panas & Massa selama Proses Pengeringan Beku 15 4

.

Skema Fluks Panas dan Massa Selama Pengeringan Beku pada

...

Sampel 19

5

.

Sampel Holder dan Titik Pengukuran Suhu untuk Menganalisa Sifat Konduktivitas Panas dan Permeabilitas Lapisan Kering

...

Selarna Pengeringan Beku 26

6

.

lnterpolasi Penentuan L a j ~ Pergerakan Lapisan Kering pada Kondisi

...

AwaVAkhir dan Selainnya 33

7

.

Sebaran Suhu Cabe Jawa Selama Pernbekuan ... 39

...

8

.

Sebaran Suhu Cabe Jawa Selarna Pengeringan Beku 42

...

9

.

Tahapan dalarn Pengeringan Beku 43

...

.

10 Pengaruh Tekanan Terhadap Waktu Pengeringan 45

....

.

11 Pengaruh Laju Pembekuan Terhadap Waktu Pengeringan Beku 46

...

12

.

Proses Pengeringan Beku Pada Pasta Cabe Jawa 47

13

.

Penurunan Kadar Air Bahan Akibat Berbagai Perlakuan yang

...

Diberikan 49

...

14

.

Karakteristik Kuiva Pengeringar, -50

15

.

Laju Pengeringan dengan Berbagai Perlakuan yang Diberikan

...

51

[image:144.541.60.447.25.756.2]

19

.

Pengaruh taju Pembekuan Terhadap Nilai Konduktivitas Panas

...

Cabe Jawa -57

20

.

Sebaran Nilai Permeabilitas dengan Tekanan 23.99 Pa

...

57 21

.

Pengaruh Konduktivitas Panas Bahan Terhadap Waktu Pengeringan

...

Beku

-59

...

22

.

Pengaruh Permeabilitas Terhadap Waktu Pengeringan Beku 60 23

.

Grafik Panas Radiasi Heater dan Panas Konduksi pada

DAFTAR LAMPIRAN

No Te ks Halaman

1. Komposisi Jamu Hasil Survey Wilayah Bogor Kota, Ciawi

Dan Sekitar Kampus IPB Darmaga

...

76

2. Data Jamu Hasil Survey Selama Persiapan Penelitian

...

77

3. Alat Pengering Beku Skala Laboratorium dan Wadah Sampel

...

.78

...

4. Blender dan Seperangkat Pengukur Kadar Air 79

5. Nilai-Nilai Pustaka yang Digunakan dalam Pengolahan Data..

...

.80

6. Grafik Sebaran Suhu cabe Jawa Selama Pembekuan Masing-

...

Masing Perlakuan.. ..81

7. Grafik Sebaran Suhu Cabe Jawa Selama Pengeringan Beku

...

Masing-Masing Perlakuan 83

8. Grafik Panas Radiasi Heater dan Panas Konduksi Selama

...

Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan 85

9. Grafik Penurunan Massa dan Kadar Air Cabe Jawa Selama

Selama Pengeringan Beku Masing-Masing Perlakuan..

...

.87

10. Grafik Pergerakan Lapisan Ker'ing dan fraksi Air Selama

Pengeringan Beku Cabe Jawa Masing-Masing Perlakuan

...

89 1 1. Laju Pengeringan Cabe Jawa Selama Pengeringan Beku

...

Beku Masing-Masing Perlakuan 91

12. Kromatogram Hasil GC/MSD dengan Perlakuan Tekanan

...

Yang Diberikan .93

13. Grafik Karakteristik Pengeringan Beku Cabe Jawa Masing-

...

Masing Perlakuan.. .97

14. Tabel Nilai Kadar Air Selama Pengeringan Beku Masing-Masing

...

DAFTAR SIMBOL

A, luas permukaan bahan

A,

luas lempeng pemanas (heater)

Cp,,

panas jenis bahan awal

Cp,

panas jenis bahan kering

Cp,

panas jenis bahan beku

C

, panas spesifik uap air,

pf massa jenis bahan beku

p,,

massa jenis awal

pw massa jenis es

p, massa jenis bahan kering

a tetapan Stefan-Boltzrnan

h konduktifdas panas bahan,

V,,,

volume bahan

e emisivitas

& perubahan ketebalan bahan yang telah kering

Q,,

panas konduksi

Q,,

panas radiasi

Q,,,

panas sensibel

Q,,

panas sublimasi

8, suhu permukaan lapisan kering,

h

selang waktu pengukuran

H, panas laten sublimasi es,

H ,

panas laten sublimasi bahan

K permeabilitas bahan,

k,,

kadar air awal

L ketebalan awal bahan,

ma rnassa akhir setelah sublimasi, ma* massa kering mutlak bahan,

rna~i, massa akhir bahan ma, massa yang menyublirn,

ma,, massa awal bahan

rnd rnassa bahan kering,

mf massa es

m, rnassa awal bahan,

m, massa padatan

mt massa bahan pada saat t, mu massa uap air daiam bahan,

M,

berat molekul air,

rn, laju pindah massa air bhn,

"1," massa air bahan

K

detik

p

nilai rata-rata sifat pindah massa per periode

a nilai rata-rata sifat pindah panas per periode

Pf tekanan kesetimbangan uap es,

P,

tekanan ruang penyering,

qsub laju pindah panas sgblimasi ,

R tetapan universal gas, t waktu,

TI suhu lempeng pemanas (heater)

Tz suhu permukaan bahan

X fraksi air tersisa pada bahan,

x(t) tebal lapisan kering bahan,

f

(x,)fungsi selisih suhu lempeng pemanas dan

permukaan bahan

PENDAHULUAN

Latar

Belakang

Tanaman rempah dan obat telah digunakan untuk pengobatan sejak ribuan

tahun yang lalu, dimana bangsa lndonesia mengenal ha1 tersebut sebagai jamu. Akhir-akhir ini penggunaan ramuan obat semakin besar terutama karena mening-

katnya kesadaran akan kesehatan dan aaanya keraguan akan efek samping dari

obat sintetik. Meskipun terjadi revolusi antibiotik dan obat sintetik lainnya pada abad

ke dua puluh, organisasi kesehatan dunia (WHO) memperkirakan bahwa 80%

populasi dunia masih menggunakan obat tradisional yang bersumber dari tanaman

(Kardono, 1992). Biro Pusat Statistik (1998) mencatat bahwa pada tahun 1996

ekspor obat tradisional lndonesia mencapai 297 102 kg atau senilai US$ 1 506 145.

Jahun berikutnya, baik volume maupun nilai ekspor makin meningkat hingga mencapai 325 654 kg atau senilai US$3 322 565, sedangkan tahun 1998 sebanyak

928 552 kg obat tradisional diekspor dengan nilai sebesar US$ 8 895 107. Meskipun ada peningkatan pemanfaatan ramuan obat, tetapi ha1 tersebut belum

banyak disertai dengan dukungan ilmiah khususnya untuk pembuktian khasiatnya

dan untuk perbaikan proses yang dapat mempertahankan komponen aktif dari tanaman tersebut. Perbaikan proses pasca panen sangat penting karena berbagai

tanaman obat harus diambil dari hutan dan sulit untuk dikembangbiakkan di tempat

lain rneskipun dengan kondisi yang terkendali.

Bumi lndonesia merupakan negara yang kaya akan tumbuhan obat, dirnana

ragam tumbuhan obat yang meiimpah ini telah dimanfaatkan oleh nenek moyang

dalam jangka panjang obat tersebut akan mempunyai arti ekonomi yang cukup potensial karena dapat mengurangi impor bahan baku obat yang harus dibeli dengan devisa. Pada sisi lain, dengan perekayasaan menggunakan teknologi yang

tepat diharapkan menghasilkan nilai tarnbah yang lebih besar dan dapat

dimanfaaatkan untuk kepentingan rakyat banyak.

Menurut Sudiarto (1992) cabe jawa termasuk 10 besar simplisia nabati yang diserap oleh industri obat tradisional dan menempati peringkat ke-6 atau sebesar

9,596 dari total sirnplisia yang dikonsumsi industri obat tradisional pada kurun waktu

1983-1988. Dari barbagai sumber yang ada diperoleh data bahwa cabe jawa

merupakan tanaman obat yang banyak dimanfaatkan untuk keperluan obat dan untuk bumbu dalam makanan. Hal ini didukung oleh survei yang dilakukan terhadap

jenis jamu yang banyak dikonsumsi rnasyarakat di daerah Darmaga, Merdeka dan

Ciawi (diwakili oleh 15 kios jamu) sebagai penelitian pendahuluan dari penelitian ini.

Berdasarkan ha1 tersebut maka cabe jawa dipilih menjadi bahan dalam penelitian.

Karena cabe jawa mengandung piperin dan minyak atsiri yang bersifat volatil,

maka pengeringan cabe jawa perlu mendapat perhatian. Pengeringan cabe jawa

dengan panas pada suhu tinggi dapat merusak komposisi kimia yang ada. Agar

komponen penting yang terdapat dalarn bahan cabe jawa tersebut tidak berkurang

atau hilang selama proses pengeringan, maka rnetode pengeringan beku diduga yang terbaik untuk digunakan. Metode ini akan mengeringkan cabe jawa dengan

suhu bahan tetap rendah karena cabe jawa tersebut terlebih dahulu dibekukan sebe-

lum dilakukan pengeringan. Dengan membuat tekanan vakum dalam ruang pengering, maka kandungan air bahan dalam bentuk es dapat langsung tersublimasi

Pengeringan beku umumnya digunakan untuk bahan pangan bernilai ekonomi tinggi yang sensitif terhadap panas. Pengeringan beku dapat memper-

tahankan hampir seluruh sifat awal prociuk seperti bentuk, cita rasa, aroma, warna

dan aktivitas biologik karena proses pengeringan beku berlangsung di bawah titik tripel air (suhu di bawah 0,016"C dan tekanan di bawah 610 Pa).

Winarno (1993) menyatakan bahwa cara pengeringan yang memiliki daya

pengawetan yang lebih baik adalah pengeringan beku atau freeze drying.

Pengeringan beku menghasilkan produlc dengan kualitas yang paling tinggi

dibandingkan dengan cara pengeringan yang lain. Liapis (1995) menambahkan

bahwa produk hasil pengeringan beku memiliki struktur yang porus, tidak berkerut

dan daya rehidrasinya tinggi.

Widodo dan Tambunan (1996) menyatakan bahwa konduktivitas panas

bagian kering berpori, sebagai akibat proses pengeringan beku, nilainya sangat kecil

sehingga menghambat laju perpindahan panas yang dibutuhkan untuk proses

sublimasi dan pada gilirannya memperlambat laju pengeringan. Pada Tabel 1 dapat

dilihat beberapa nilai konduktivitas panas bahan hasil pengeringan beku yang

diperoleh dalam penelitian-penelitian yang telah dilakukan selama ini. Peningkatan

intensitas pemanasan dapat mengakibatkan terjadinya kolaps pada bahan yang

dikeringkan, disamping peningkatan konsumsi energi dan biaya pengeringan. Oleh sebab itu, penentuan kondisi kerja, dalam ha1 ini siklus tekanan dan pemanasan,

harus dilakukan dengan memperhitungkan status fisik bahan yang akan

dikeringbekukan dan efisiensi energi selama proses pengeringan beku berlangsung. Variabel kontrol yang penting dalam proses pengeringan beku adalah

Tabel I. Kisaran Koflduktivitas Terrnal Bahan Hasil Pengeringan Beku Sumber Ape1 (irisan) Apel (masif) Cellulose gum Durian (tepung) Gelatin Jus tomat Mushrooms Larutan kopi

Larutan tepung jagung Peach

Persik

Tepung kentang Daging dan lkan Albumen telur Daging sapi (irisan) Daging sapi (giling) Salmon

Susu

Catatan : (1) Araki, dkk. (1 998)

Konduktivitas

termal WImK)

Bahan

BuahanlSayuran

Udang

Bahan ObatlFarmasi Collagen

Garam ampicilin sodium Garam cloxacilin sodium Garam cefalosforin sodium I Pasta jahe putih

(2) Diolah dari King, C.J. (1972) dalam Liapis dan Bruttini (1995) Kondisi pengeringan beku

Gas sekeliling Tekanan(Pa)

Uap air Uap air Uap air, udara Uap air Uapair,udara Uap air Udara Uap air Uap air,udara Udara R-12, COz, dl1 Uap air, udara

Uap air Uap air Uap air

(3) Penelitian di Lab. PPM-IPB, tidak dipublikasikan

Uap air Uap air Uap air Uap air Uap air Uap air

(4) Wenur (1 997)

20.0-30.0 20.0-30.0 4.0-101300 7.1-125.0 4.0-101300 53.2-199.5 39.9-101300 6.9-12.4 13.3-1 66 0.13-101300 2.7-101300 4.0-101300 7-1 30 2.7-399 2.7-13.3

(5) Diolah dari Liapis dan Bruttini (1 395)

Uap air

1

20.0

Uap air

1

1.33-40.0

7.0-1 33.0 13.3-53.2 1.33-20.0 1.33-26.6 1.33-20.0 1.33-21.3

(6) Tarnbunan (1999)

0.052-0.1 33 0.022-0.08 1 0.056-0.123 0.068-0.073 0.019-0.055 0.1 19-0.212 0.016-0.042 0.035-0.173 0.010-0.036 0.153-0.277 0.01 4-0.033 0.016-0.043 0.022-0.187 0.009-0.042 0.014-0.042 0.035-0.073 0.131-0.161

kering untuk dilewati oleh uap yang terbentuk selama proses pengeringan

(1 ) (1 ) (2) (3) (2) (2) (2) (1 (2) (2) (2) (2) (2) (2) 0.038-0.086 0.026-0.069 0.021-0.069 0.021 -0.069 0.021-0.029 C.065-0.147

rsebut. Selain tekanan, rnaka suhu plat pernanas dan suhu perrnukaan

(4 j

(5) (5) (5) (5) (6)

kering adalah kondisi lain yang harus dicermati selama proses pengeringan

dikeringkan tersebut. Sedangkan untuk mengetahui besar kecilnya pori-pori bahan hasil kering beku, maka periakuan terhadap laju pembekuan bahan pada saat bahan

dibekukan harus dilakukan untuk mengetahui pengaruh laju pembekuan terhadap

ukuran pori yang dihasilkan. Pengetahuan yang memadai tentang nilai konduktivitas dan permeabilitas cabe jawa, sebagai parameter pindah panas dan massa, dan

pengkajian tentang efisiensi panas pengeringan selama pengeringan beku sangat

bermanfaat untuk menentukan kondisi optimum pengeringan beku yang mampu

mernberikan hasil yang baik dengan efisiensi yang tinggi.

TUJUAN PENELlTlAN

Penelitian pengeringan beku dengan memilih cabe jawa sebagai sampel ini

bertujuan :

1. Mempelajari karakteristik pengeringan beku dan proses p i ~ d a h panas dan massa selama pengeringan beku pasta cabe jawa

2. Mempelajari pengaruh tekanan dan laju pembekuan terhadap proses pemanasan

TINJAUAN PUSTAKA

Cabe

Jawa (Piper refrofracfum Vahl)

Menurut Januwati dar! Dedi (1992) cabe jawa (Piper retrofractum Vahl.)

termasuk tanaman obat di daerah tropis. Bagian yang dapat digunakan sebagai bahan obat dari tanaman ini adalah daun, akar dan buah.

Cabe jawa adalah salah satu tanaman obat yang dijumpai di Jawa, Bali dan Maluku pada ketinggian 0 m

-

600 m dpl. Pengembangbiakkan cabe jawa dapat

dilakukan dengan stek batang dengan ukuran panjang stek 30 cm

-

40 cm

sepanjang lebih kurang tiga ruas. Cabe jawa merupakan tumbuhan dengan batang

memanjat, melilit atau melata. Untuk tiang panjatan dipakai tanaman hidup antara lain kelor (Moringa oleifera), gamal (Glyricidia spec), kelapa dan lain-lain. Tanaman

ini perlu dipangkas setinggi 1,5 m dari tanah agar dapat berbunga (Depkes RI,

1977). Sistematika =be jawa adalah divisio : spermatophyta, subdivisio :

angiosperms, kelas : dicofyledonae, ordo : piperales, famili : piperaceae, genus :

piper dan spesies : piper retr~fracturn Vahl.

Steenis-Kruseman (1 953) dalam Sudiarto (1 992) menyatakan bahwa bagian

tanaman yang dipanen dan banyak dipakai dalam industri obat tradisional maupun

*

ekspor adalah buahnya. Buah yang belum masak dipakai dalam campuran obat yang berkhasiat karminatit buah juga digunakan dalam ramuan minuman bandrek.

Hama dan penyakit yang menyerang tanaman ini rnenurut penga-laman

petani belum ada, baik pada tanaman maupun hasil panen setelah disimpan. Hasil yang baik dari pohon yang sudah menutup penuh pohon panjatan adalah 2 kg

-

3 kg

buah basah per pohon sekali panen. Proses pengeringan umumnya dijemur dan

Timur ada 3 macam yaitu cabe kerbau, cabe kacang dan cabe lenguk. Setijati

(1978) menyatakan bahwa percabangan cabe jawa terjadi pada pangkal batang yang keras dan menyerupai kayu.

Di Jawa Tengah khususnya, pada tahun 1978 tercatat kebutuhan cabe jawa 84 tonlth. Pengembangan budidaya cabe jawa ini patut rnendapat perhatian karena:

tanaman cabe jawa berbuah sepanjang tahun (memberikan tambahan pendapatan), tahan terhadap naungan (dapat mengisi bagian pekarangan yang ternaungi pohon

besarlbuah), mudah pemeliharaannya, serangan hama dan penyakit tergolong

rendah dan penanganan pasca panen mudah. Secara visual tanaman dan buah

[image:155.609.163.324.346.542.2]

cabe jawa dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Bentuk tanarnan dan buah cabe jawa.

Heyne (1980) menyatakan bahwa sari cabe jawa yang belum tua terdapat

dalam jamu yang digunakan untuk perut kernbung dan peiuruh keringat. Selain itu, sari cabe jawa terdapat pula dalam ramuan jamu pegal linu, rematik, neuralgia dan

mengobati sakit gigi dan air rebusan daunnya untuk berkumur bagi orang yang menderita saki gigi. Orang Bali, Jawa dan Melayu mencampur cabe jawa dengan obat lain untuk menyembuhkan kejang perut dan kena angin (windergheid) serta berbentuk salep untuk beri-beri dan sebagai &at kuat (aphrodisiacum). Menurut

Hasskarl dalam Heyne (1980) cabe jawa yang ditumbuk halus dengan aluin, pulasari dan bangle merupakan obat yang dioleskan pada perut wanita nifas (kraam-

vrouwen).

Nurendah (1983) menyatakan bahwa larutan buah cabe jawa dalam larutan

fyrode dapat menaikkan kontraksi uterus marmut in vitro. Hal ini mendukung pema-

kaian bahan tersebut untuk obat sukar bersalinl jamu pengatur haid. Masih menuru:

Nurendah (1983) kemungkinan terdapat efek abortif dan teratogenik, yang ditunjukkan dengan terjadinya resorpsi janin yaitu hilangnya janin dalam kandungan.

Menurut Lewis (1977) dalam Sa'roni dkk. (1992) bahwa sifat abortif ini disebabkan

oleh piperin yang bersifat toksik seperti nikotin atau mungkin adanya minyak atsiri

yang mempunyai efek melumpuhkan otot uterus atau bersifat stimulan kontraksi otot

uterus. Frazer dalam Sa'roni dkk. (1 992) menambahkan bahwa bahan yang bersifat

abortif tersebut kemungkinan potensial bersifat teratogenik.

Dari penelitian toksisitas akut pada tikus dapat disimpulkan bahwa infus buah

cabe jawa termasuk golong% relatively harmfess atau arnan untuk dikonsum (Dzulkarnain, 1975). Dengan demikian pemakaian buah cabe jawa ini sebagai obat

dalarn bentuk seduhan dapat dikatakan cukup aman.

Hargono (1992) menyatakan bahwa senyawa kimia yang dikandung buah

cabe jawa adalah beberapa jenis alkaloids, senyawa lain dan minyak atsiri.

komponen utama minyak atsiri dengan meng-gunakan teknik kromatografi gas-

cairan (GLC) terdapat dalam Tabel 2.

Tabel 2. Kadar kandungan air, piperin, dan minyak atsiri cabe jawa

1

Air

Jenis Komponen Cabe Jawa :

Piperin

I

0,75

Nilai (%)

I

Minyak atsiri I

I

1,05

I 4 I

Sumber : Hargono (1 992)

Pengeringan Beku

Slade (1 967) menyatakan bahwa pengeringan beku rnerupakan suatu teknik

pengeringan pada bahan dalam keadaan beku yang dilakukan pada tekanan

rendah. Berbeda dengan cara pengeringan biasa, dalam pengeringan beku bahan

pangan terlebih dahulu dibekukan dan pada keadaan hampa, air langsung dikelu-

arkan dari bahan secara sublimasi. Proses sublirnasi ini akan terjadi bila suhu dan

tekanan yang digunakan berada di bawah titik friple (0°C dan 610 Pa). King (1971)

menyatakan bahwa pengeringan beku dapat mernpertahankan bentuk kaku (rigid) bahan yang dikeringkan, sehingga menyebabkan bahan berpori dan tidak mengkerut

dalam keadaan kering. Keadaa ini mengakibatkan terjadinya proses rehidrasi yang

cepat dan sempurna bila produk kering ditambahkan air. Juga, selama proses pengeringan berlangsung hampir tidak terdapat cairan, sehingga dapat mencegah

transpor zat-zat yang dapat larut dalam air dan memperkecil terjadinya reaksi degradasi. Sedangkan menurut W~rakartakusumah dkk. (1989) pengeringan beku

menghasilkan produk yang berbentuk seperti spon dan mempunyai ukuran seperti

[image:157.603.128.455.152.250.2]

dan aroma. Pengeringan beku dapat mempertahankan hampir seluruh sifat awal

produk seperti bentuk, cita rasa, aroma, warna dan aktivitas biofogik karena proses pengeringan beku berlangsung di bawah titik tripel bahan.

Heldman dan Singh (1981) rnenyatakan bahwa proses pembekuan bahan pada pengeringan beku ini akan menentukan hasil akhir produk yang dikeringkan. Pembekuan cepat akan menghasilkan produk kering beku yang mempunyai pori

lebih kecil sedangkan penibekuan lambat akan menghasilkan produk kering beku

dengan pori yang besar. Menurut Fennema dan Powrie (1964) ada 4 faktor yang mempengaruhi laju pembekuan bahan pangan vaitu (1) beda suhu antara produk dengan medium pendingin, semakin kecil perbedaan suhunya maka semakin cepat

laju pembekuannya (2) cara pindah panas dari dalam produk dan di dalam produk, semakin sederhana cara pindah panasnya rnaka akan semakin cepat laju

pembekuannya (3) ukuran, bentuk dan tipe kemasan, semakin kecil ukuran dan

semakin seder-hana bentuk dan tipe kemasan maka akan semakin cepat laju pembekuannya dan (4) ukuran, bentuk dan sifat terrnofisik bahan yang dibekukan,

semakin kecil ukuran dan sederhana bentuk dan sifat termofisiknya maka akan

semakin cepat laju pembekuannya.

Menurut Everington (1973) dalam Heldman dan Singh (1981) ada 3 metode

r(

pembekuan yang dikenai yaitu (1) air blast freezing, bahan yang dibekukan diielakkan dalam ruangan yang ditiupkan udara beku di dalamnya dengan blower yang kuat, (2) contact plate freezing, bahan yang dibekukan diletakkan diantara

pelat-pelat yang direfrigerasi, (3) immersion freezing, bahan yang dibekukan berada dalam larutan garam (air) yang direfrigerasi. Sedang Brennan dkk. (1974)

menambahkan lagi 2 metode lain yaitu sharp freezing, bahan yang dibekukan

dibekukan disemprot dengan bahan kriogen, rnisalnya

C o p

cair dan Np cair. Dari

kelima metode tersebut, hanya metode sharp freezing yang berlangsung lambat. Metode cryogenic freezing merupakan metode pembekuan yang mahal dan

biasanya untuk bahan yang bernilai ekonomi tinggi, misalnya udang.

Brennan (1981) menyatakan bahwa proses pembekuan terjadi secara be~tahap dari permukaan sampai pusat bahan. Pada permukaan bahan, pembe-

kuan berlangsung cepat sedangkan pada bagian yang lebih dalarn proses

pembekuan berlangsung lebih lambat. Menurut Holdworth (1968) pada awal proses pembekuan akan terjadi fase precooling dimana suhu bahan diturunkan dari suhu

awal ke suhu titik beku. Pada tahap ini semua kandungan air bahan berada dalam keadaan cair. Ramaswamy dan Tung (1984) menyatakan bahwa pada hakekatnya

proses pembekuan baru dirnulai pada saat suhu permukaan mencapai sekitar -I0C,

yaitu pada saat dimulainya pembentukan kristal es.

Long (1955) dalam Heldman dan Singh (1981) menggunakan konsep TAR

(Thermal Arrest Time) dalam pengukuran laju pembekuan ikan. Menurut konsep

TAR lajc pembekuan dinyatakan sebagai perbandingan antara ketebalan bahan

terhadap waktu yang dibutuhkan titik yang paling lambat membeku pada bahan

untuk menurunkan suhu dari O°C

*

sampai -5°C.

Heldrnan dan Singh (1981) menyatakan laju pembekuan sebagai perban-

dingan antara ketebalan bahan terhadap waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan

suhu bahan pada titik yang paling lambat rnenjadi beku, dihitung dari saat terca-

painya titik beku awal sampai tercapainya tingkat suhu yang diinginkan di bawah titik

beku bahan.

Lembaga Refrigerasi lnternasional (1971) dalam Heldman dan Singh (1981)

jarak minimal antara permukaan bahan dan titik pusat panas dengan waktu yang diperlukan oleh produk pangan mulai tercapai suhu 0°C pada permukaan bahan sampai tercapai -5°C pada pusat panas bahan. Laju pembekuan dinyatakan dalam

cmljam.

Menurut Ramaswamy dan Tung (1 984) lama pembekuan adalah waktu yang dibutuhkan oleh bahan pangan untuk membeku, dimulai dari saat suhu permukaan

mencapai 0°C sampai pusat bahan mencapai suhu tertentu. Ramaswamy dan Tung (1984) merumuskan laju pembekuan rata-rata sebagai : w = Dl2T dimana w laju

pembekuan rata-rata (cmjjam), D diameter silinder (cm) dan T lama pembekuan

(jam). Proses pernbekuan lambat jika w c 1 cm/jam, pembekuan sedang w antara 1-5 cmljam dan pembekuan cepat jika w > 5 cmljam.

Zaitsev (1962) dalam llyas (1 963) mengklasifikasikan laju pembekuan cepat

sebagai pembekuan yang memiliki laju pembekuan tidak kurang dari 3,3 cmljam.

King (1971) membagi laju pembekuan ke dalam 3 golongan yaitu (1) pembekuan lambat, jika waktu pembekuan adalah 30 menit atau lebih untuk 1 cm tebal bahan

yang dibekukan, (2) pembekuan sedang, jika waktu pembekuan adalah 20

-

30

menit untuk I cm tebal bahan yang dibekukan dan (3) pembekuan cepat, jika waktu pembekuannya kurang dari 20 menit untuk 1 cm tebal bahan yang dibekukan.

a

Fadey (1958) dalam Desrosier (1988) menyatakan bahwa jumlah air bahan

yang terbekukan pada pembekuan daging sapi akan mendekati 100% pada suhu

bahan mencapai

-

19,5" C, sedang pada pembekuan jahe, menurut Yudistira (1999)

tercapai pada suhu -29°C.

Setelah bahan dibekukan, maka proses selanjutnya pada pengeringan beku

terjadi pada suhu dan tekanan di bawah titik tripel, yaitu pada suhu di bawah 0°C dan tekanan di bawah 610 Pa atau 4,58 mm Hg. Hubungan antara tekanan uap air dengan suhu pada diagram P-T dapat dilihat pada Gambar 2.

[image:161.594.141.448.163.365.2]

0 Suhu,

"C

Gambar 2. Hubungan Antara Suhu dan Tekanan Uap Air (Fennema, 1975)

Tujuan sublimasi adalah untuk menurunkan kandungan air bahan pangan

hingga mencapai 5% - 10%. Setelah mencapai kadar air tersebut suhu bahan akan

dinaikkan lebih tinggi untuk mendesorbsi air terikat, sehingga akan diperoleh bahan pangan dengan kadar air di bawah 5% (Considine (1974) dalam Syafridawaty 1991).

Proses sublimasi membutuhkq panas sebesar panas laten sublimasi sekitar 666

kallgram es.

Arsdel dan Copley (1 963) dalam Yudistira (1 999) mengungkapkan bahwa

keberhasilan pengeringan beku sangat dipengaruhi oleh adanya perbedaan tekanan

uap di sekitar substansi yang sangat kering dengan tekanan uap air pada bagian

pangan tersebut. Hal ini mengakibatkan permukaan bahan tetap tegang tanpa terjadinya pengerutan selama proses pengeringan berlangsung. Mellor (1 978)

menyatakan bahwa pergerakan lapisan sublimasi mempunyai ketergantungan yang sangat erat dengan perbedaan tekanan uap bahan, sehingga secara teoritis perbedaan tekanan uap dapat dinyatakan sebagai variasi tekanan di dalam bahan dan berhubungan erat dengan laju sublimasi.

Lama pengeringan beku dipengaruhi oleh kandungan air bahan, ketebalan

bahan, dan suhu yang digunakan. Menurut King (1971) suhu ditentukan berda-

sarkan ketahanan bahan terhadap panas, misalnya kandungan gula, asam, dan

komponen volatilnya dan ukuran produk yang akan dikeringbekukan. Dengan demikian, penggunaan suhu pengeringan ditetapkan pada jangkauan suhu yang

dapat mencegah atau meminimumkan kehilangan kandungan gula, asam dan

komponen volatilnya. Penyubliman es akan berakhir setelah kadar air bahan di

bawah

5%,

saat mana diperoleh sebaran suhu yang konstan dan bersamaan

dengan itu diperoleh bobot sampel yang konstan.

Terdapat 2 faktor yang mengatur kecepatan pengeringan beku yaitu adanya

sumber panas (heat source) dan penerima uap air (condensor/moisture sink).

Adanya perbedaan suhu karena sumber panas akan nienyebabkan keluarnya uap

*

air yang akan diterima oleh kondensor. Sumber panas menyebabkan adanya perpin-

dahan panas dan kondensor akan menerima sejumlah pindah massa. Untuk lebih

[image:163.601.172.524.84.246.2]

lapisan kehng berpori

Gambar 3. Perpindahan panas (pp) dan massa (pm) selama proses pengeringan beku (King, 1971)

Menuru: Brennan dkk. (1974) kecepatan pengeringan dipengaruhi oleh 2

faktor yaitu kecepatan pergerakan uap air dari permukaan es melaluI lapisan kering

berpori dan kecepatan perpindahan panas ke permukaan es. Pada Tabel 3 dapat

dilihat perbedaar, metode dan mutu produk antara pengeringan konvensional dan

pengeringan beku.

P r o s e s

Pindah

Panas Dan

Massa

Pengeringan beku merupakan salah satu metode pengawetan pangan yang melibatkan proses pindah dan massa. Pindah panas yang dominan terjadi

dalam pengeringan beku adalah pindah panas secara radiasi dan konduksi,

sedangkan pindah panas secara konveksi sangat kecil sehingga dapat diabaikan.

Pindah panas secara radiasi terjadi aari

plai

pemanas ke permukaan bahan yang dikeringkan dan pindah panas secara konduksi terjadi pada lapisan kering ke

Tabel 3. Perbedaan metode dan mutu produk antara pengeringan konvensional dan pengeringan beku

I

-hanya berhasii diierapkan pada produk- produk

I

-cubcup memuaskan untuk kebenyakan produk yang

1

Pengeringan konvensional Pengeringan beku

-tidak memuaskan untuk pengeringan daging

-suhu pengeringan relatif tinggi (37°C-93°C)

1

yang mudah dikeringan, seperti sapr-sapfan dan

biji-bijian

- c u b p memuaskan untuk daging

-suhu pengeringan dibawah tiiik beku produk

biaaanya sulit dikeriqkan dengan mdode

1

pengeringan lainnya

I

I

-aroma produk kering tidak normal

I

-aroma produk kering normal

I

-berlangsung pada tekanan atmosfir

-penguapan air dari permukaan bahan

-peluang terjadinya kerak pada perrnukaan bahan

relatif besar

-warna produk kering relatif gelap

-produk kering biasanya relatif banyak kehilangan

I

-kehilangan n ~ t r i s i secara besar-besaran dapat

I

-proses pada tekanan rendah

-sublimasi air dari permukaan bahan

dapat menghindari terladin~a kerak pads permuban

bahan

-warna produk kering mendekati asalnya

(

ndrisi

/

dihindari

I

-biaya operasional relatif rendah

I

-biaya operasional relatif tinggi

I

I I

Sumber : Fellow (1 990)

Heldrnan dan Singh (1981) menyebutkan pindah panas radiasi rnerupakan proses pindah panas dimana panas secara langsung dipancarkan dari satu bagian

ke bagian yang lain yang terpisah rnelalui radiasi elektromagnetik. Sedangkan pindah panas konduksi rnerupakan proses pindah panas di dalam suatu bahan

/antara bahan yang satu dengan bahan yang lain karena perubahan energi kinetik

diantara molekul-molekulnya tanpa melibatkan perpindahan molekul tersebut. Selama pengeringan beku, bahan akan terbagi dalam dua lapisan yaitu

lapisan beku yang terdapat pada bagian dalam bahan dan lapisan kering berpori

[image:164.611.136.552.124.431.2]

pengeringan beku, permukaan sublimasi akan bergerak ke bagian dalam dan lapisan kering yang berada pada bagian luar akan sernakin tebal.

Pada proses pindah panas konduksi akan terjadi 2 kondisi yaitu kondisi aliran mantap (steady state) dimana suhu pada beberapa titik di dalam bahan pangan (kandungan panas pada bahan) tidak tergantung pada waktu dan sejumlah panas yang masuk dalarn bahan pangan sama dengan jumlah panas yang keluar, dan

kondisi aliran tidak mantap (un-steady sfate) dimana kandungan panas pada bahan

berubah terhadap v~aktu dan panas yang rnasuk tidak sarna dengan panas yang

keluar. Panas yang digunakan untuk sublimasi rnerarnbat rnelewati lapisan kering

berpori menuju perrnukaan sublimasi secara konduksi. Jika suhu lapisan beku dan suhu permukaan bahan tetap, maka laju panas yang masuk ke dalam bahan akan

seirnbang dengan laj~l uap air yang keluar dari bahan. Laju aliran panas yang besar akan dapat rnenaikkan suhu lapisan beku sarnpai tekanan uapnya cukup besar

untuk rneningkatkan aliran uap air keluar sampai ke permukaan lapisan kering.

Pada proses pengeringan dan dehidrasi, pindah panas dan pindah rrlassa terjadi secara sirnultan. Menurut Wirakartakusumah dkk. (1989) pindah massa

adalah suatu perpindahan yang terjadi karena pergerakan molekul meialui suatu lapisan batas dari sistem. Pawah massa dapat terjadi juga karena perbedaan

konsentrasi, dimana massa akan mengalir dari konsentrasi tinggi Ice konsentrasi

yang lebih rendah. Fellow (1990) rnenyatakan bahwa ada 3 faktor yang rnempe- ngaruhi laju pindah massa pada pengeringan beku yaitu tekanan ruang pengering,

suhu kondensor dan suhu es pada permukaan sublimasi. Agar berhasil secara

kornersil, tekanan ruang pengering dan suhu kondensor harus diatur serendah

rnungkin. Tekanan ruang pengering diberikan sekitar 13 Pa dan suhu kondensor

bawah suhu kritis. Yang dimaksud dengan suhu kritis adalah suhu dimana terjadi kesetimbangan tekanan pada permukaan es. Pada suhu yang sarna, perpindahan

uap air dari bahan akan lebih cepat pada tekanan yang lebih rendah.

Pada proses pengeringan bekg digunakan tekanan vakum. Menurut King

(1971) total tekanan untuk rnengontrol perubahan pindah panas sampai terjadinya perubahan pindah massa adalah 1349,45

-

2698,90 Pa untuk daging. Untuk makanan cair yang mengandung padatan terlarut tinggi, diperlukan tekanan yang

lebih rendah dengan srlhu pembekuan yang juga harus lebih rendah. Pengeringan

beku juga dapat dilakukan dengan tekanan yang lebih tinggi, dengan syarat tekanan parsial uap air harus dibuat lebih rendah sehingga memungkinkan terjadinya suatu

pindah massa. Tetapi, pengeringan beku dengan tekanan yang lebih tinggi ini tidak

PENDEKATAN TEORlTlS

Pengeringan Beku Model Lempeng Tak Hingga

Model yang digunakan untuk analisa pindah panas pada penelitian penge- ringan beku ini adalah model infinite slab (lempeng tak hingga). Pindah panas dan

pindah massa hanya berlangsung pada satu arah dengan memberi isolasi panas pada permukaan bawah dan samping bahan yang berbentuk silinder.

Plat Pemanas

Ke recorder n ni

Gambar 4. Skema fltlks panas dan massa selama pengeringau beku pada

sampel (Sagara,

1984). [image:167.594.119.533.314.552.2]

Pada Persamaan (1) ini panas jenis uap air (Cp) diasumsikan konstan dan

sebanding dengan jumlah uap air. Bagian kiri Persamaan ( I ) menunjukkan besarnya panas yang rnejalui lapisan kering, sedangkan bagian kanan menunjukkan besarnya

panas yang digur~akan untuk sublimasi es ditarnbah dengan panas yang diserap oleh uap air yang bergerak dari permukaan sublimasi ke permukaan lapisan kering.

Laju pindah panas pada permukaan lapisan kering dapat dinyatakan sebagai perka-

lian antara laju pindah massa dengan panas laten sublimasi sebagai berikut :

Sagara dan Hosokawa (1982) dalam Sagara (1984) rnenyatakan bahwa

fraksi air tersisa dalam bahan selama proses sublimasi pengeringan beku dapat

ditentukan dengan persamaan berikut :

Sagara (1984) menyatakan bahwa pergerakan lapisan kering bahan selama proses

a

sublimasi diperoleh dengan persamaan berikut :

Dan penentuan laju pindah massa dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

Sedangkan laju pindah massa dihubungkan dengan laju pengeringan ditunjukkan

I.C.T. (1928) dalam Sagara (1984) menyatakan bahwa tekanan kesetimbangan uap air dalam bentuk es dapat dihitung dengan persamaan yang merupakan fungsi dari suhu pada permukaan sublimasi tersebut, yaitu :

Nilai konduktifitas panas dapat dihasilkan dari subsitusi Persamaan (4) ke

Persamaan (1) dan (6) sehingga diperoleh Persamaan (8) berikut :

. . .

dan :

~ , ( e . ~

-e,)

(1-x)=

(10)

..(-

$1

j

Penentuan nilai permeabilitas bahan, dihasilkan dari subsitusi Persamaan (4)

ke Persamaan ( 5 ) dan

(6),

s e h w g a diperoleh persamaan berikut

:

Aliran Panas Selama Pengeringan Beku

Banyak penelii telah berusaha menganalisa cara pindah panas dan massa dengan menentukan kondisi operasi optimum untuk mengurangi konsumsi energi

selama proses bedangsung. Sagara dan lchiba (1994) menyelidiki metode pengu- kuran nilai sifat transpor dalam lapisan kering kopi. Melalui penelitian tersebut diketahui bahwa lapisan kering menjadi faktor pembatas pindah panas dan massa

selarna proses pengeringan beku. Yunfei dan Chengzhi (1996) mempelajari

interaksi tekanan vakum, ketebalan sampel dan konsentrasi colustrum sapi terhadap

konsumsi energi dan produkiivitasnya. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh bah- wa konsentrasi produk pengaruhnya sangat kecil terhadap konsumsi energi.

Konsumsi energi yang digunakan merupakan total energi bukan energi yang benar- benar dimanfaatkan oleh sampel.

Pengetahuan tentang efisiensi energi pada suatu proses sangat penting untuk

dikaji agar diperoleh kondisi optimum suatu perlakuan sehingga dapat menekan

biaya dan mempersingkat waktu proses. Pada proses pengeringan beku ini,

dilakukan pengamatan dan pengolahan data terhadap kebutuhan energi panas

selama proses pengeringan. Energi panas radiasi adalah energi yang dipancarkan oleh heater dan diterima oleh permukaan bahan sedangkan energi panas konduksi

a

adalah energi yang diterima oleh bahan yang dibutuhkan untuk menyublimkan

kristal es dan untuk menaikkan suhu bahan.

Persamaan-persamaan yang digunakan untuk memperoleh efisiensi energi

pada pengeringan beku ini adalah dengan menghitung nilai panas konduksi dan

Qrd

= o e 4

(q4

-

q4)

...

(1

5)

Dalam memperhitungkan nilai dTIdx pada panas konduksi dan perubahan suhu pada panas radiasi digunakan rumus Sirnpson sebagai berikut :

sehingga diperoleh persamaan berikut :

Sedangkan panas sublirnasi dicari dengan menggunakan Persamaan (2) diatas. Panas sensibel yang digunakan untuk. menaikkan suhu bahan dihitung dengan

persamaan berikut :

Massa air bahan dalam keadaan beku

mt

dan massa air bahan dalarn keadaan

Nilai

Cp,,,

dihitung menggunakan persamaan menurut Siebel's (1892) dalam

Heldman dan Singh (1981):

...

Cp,,

= 0.837

+

0.034

(K,,

%) (23)

Untuk menghitung nilai pd dan Cpd digunakan persamaan menurut Dickerson (1869)

dalam Heldman dan Singh (1981):

Panas konduksi yang masuk ke dalam bahan seimbang dengan panas sublimasi

yang digunakan untuk menyublimkan kristal es ditambah dengan panas sensibel

yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan, yang dapat dirurnuskan dengan

persamaan berikut

:

A

Dari Persamaan (14) dan (1 5) diatas maka akan diperoleh nilai efisiensi energi pada

METODOLOGI

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di (1) Laboratorium Pindah Panas dan Pindah

Massa, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, lnstitut Pertanian Bogor, (2) Balittro Bogor dan (3j Laboratorium Doping Departemen Kesehatan

Jakarta. Pengambilan data dlmulai dari tanggal 14 April 1999 sampai 12

Desember 1999.

Bahan, Alat dan Metode

Bahan

Berdasarkan sumber referensi yang ada dan pengamatan terhadap 15 kios

jamu di sekitar Darrnaga, Bogor dan Ciawi (Lampiran 2), diperoleh data bahwa jarnu

yang banyak dikonsurnsi adalah dari jenis jamu yang merniliki khasiat sebagai obat

kuat (dikonsumsi oleh kaurn pria), jarnu pegal linu serta jamu tolak angin (dikonsumsi oleh kaum pria dan wanita). Cabe jawa (Piper retrofrscfum Vahl)

sebagai salah satu komponen penyusun ramuan jamu pegal linu dengan komposisi

tinggi juga merupakan bagian tanaman obat, dipilih sebagai bahan yang diteliti untuk diberi periakuan dengan knik pengeringan beku karena mengandung minyak

R

atsiri yang sangat sensitif terhadap panas.

Alat-alat

Alat-alat yang digunakan meliputi

:

1 . Wadah Contoh (sample holder)

Wadah contoh terbuat dari bahan acrylic berbentuk tabung silinder dengan

termokopel secara paralel dengan jarak 0,5 cm yang diberi penyanggah jarum (Gambar 5). Sisi samping dan permukaan bawah wadah contoh diberi isolasi panas secukupnya menggunakan bahan polyurethane agar pindah panas hanya

terjadi ke satu arah saja yaitu ke arah atas. Hal ini dilakukan agar anaiisa pindah panas dan massa dapat diiakukan dengan model lempeng tak-hingga satu dimensi.

-- -

Pemanas radiasi

Termokopel

Ke recorder

<

4

7,5 cm [image:174.601.129.563.254.483.2]

A

>

Gambar 5. Sampel holder danAtik pengukuran suhu untuk menganalisa sifat konduktivitas panas dan permeabilitas lspisan kering selama pengeringan beku

2. Parut dan blender

Kedua alat ini digunakan u n t u ~ membuat cabe jawa berubah bentuk rnenjadi

pasta cabe jawa.

3. Gas Chromatography/Mass Selective Detector (GC-MSD)

Analisa mutu dilakukan dengan GCMSD dan spesifikasi alat sebagai berikut :

-MSD : HP 5972

-Gas pembawa : Helium

-Kolom : HP Ultra-2 capillary 17mx200umx0.11 um

-Tekanan kolom : 1.9 psi

-Temperatur inlet : 210°C

-Injection volume : 1.0 pL

-Temperatur awal : 60°C

-Kenaikan temperatur : 3°C sld 180°C

-Temperatur akhir : 180°C

-Energi : 70 eV

GC/MSD digunakan untuk menganalisa piperin, turunan piperidin yang lain, maupun komponen lain yang terkandung pada bahan hasil kering oven dan

hasil pengeringan beku. Hasil analisa GC/MSD selanjutnya akan digunakan untuk kajian mutu dan sebagai bahan pertimbangan terhadap kondisi proses

yang akan dipilih.

4. Alat pengering beku

Alat pengering beku yang digunakan adalah Freeze Dryer RL-5OMBW(S) buatan

Kyowa Vacuum €ngineeri# LTD. Alat pengering beku ini terdiri dari sistern vakum, sistem pendingin, sistem pemanas, timbangan elektronik dan sistem

akuisisi data. Pompa vakum yang digunakan adalah Diavac CPR-500 tipe rotary

dengan kapasitas pemompaan 500 Vmenit yang dapat mencapai tekanan absoiut

0,001 tom. Unit pendinginnya adaiah Sanyo UF-RH1130S yang terdiri dari

UT40(Bs). Tirnbangan elektronik digunakan untuk mengukur perubahan berat contoh setiap saat selama proses pengeringan beku berlangsung.

5. Sistern Akuisisi Data

Sistem akuisisi data dengan menggunakan multiplexer1ADC. Multiplexer adalah alat yang dapat mernilih dan menerima data dari titik pengukuran tertentu secara periodik, sehingga pernbacaan, perekaman dan pengolahan data dari berbagai sumber dapat dilakukan secara berurutan pada selang waktu yang diinginkan.

Multiplexer yang ada di Laboratorium Pindah Panas dan Pindah Massa ini adalah

jenis Green Kit 88 buatan Electronic System Development (ESD) Jepang. Green

Kit 88 ini diltendalikan komputer dengan bahasa pemrograman N88 basic,

sehingga dapat menerima dan merekam data dari alat pengering beku Kyowa

dengan selang pengukuran 10 detik

.

6. Moritex "Scopeman" fiber optic video microscopes

Moritex "scopeman" fiber optic video microscopes digunakan untuk rnengetahui ukuran pori-pori hasil pembekuan dengan berbagai laju pembekuan yang

digunakan. Alat ini memiliki bagian-bagian utama berupa lensa obyektif yang

dapat ditukar-tukar, camera head yang terdiri dari photo-sensor dan kabel

kombinasi !istrik/serat kaca, kotak pemroses dimana ditempatkan sumber cahaya

dan perangkat elektronik untuk pemrosesan gambar dan video monitor untuk

penayangan gambar. Citra yang ditangkap oleh lensa diteruskan ke photo-

sensor, dari photo-sensor ke kotak pemroses dan selanjutnya ke monitor. Gambar yang terlihat di monitor dapat direkam pada pita video, disket video atau

laser video disk dan dicetak pada pencetak gambar video (video color printer)

kursor di layar setelah jarak antara titik kursor atau garis kursor diperoleh dan dapat langsung dibaca di bagian bawah layar.

Metode Penelitian

Prosedur psrtama pengeringan beku ramuan obatan ini adalah mencuci bersih

cabe jawa yang diperoleh dari kebun perwntohan Sukamulya, Sukabumi dengan air kemudian ditiriskan dan diparut. Setelah bahan terparut, dimasukkan kedalam

blender dan ditambah dengan air dalam ukuran yang sudah tertentu kemudian diblender 2 kali selama satu menit.

Sampel yang sudah dalam bentuk pasta dimasukkan ke dalam wadah contoh

dan dibekukan dengan suhu plat pembeku -40°C. Selama proses pembekuan

rekorder dihidupkan dan program dijalankan untuk akuisisi data. Proses pembekuan

ini dihentikan setelah suhu bahan mencapai -30°C.

Setelah proses pembekuan selesai, maka bahan beku dalam wadah contoh

dimasukkan ke dalam gabus insulasi dan dimasukkan ke dalam ruang pengering

dengan meletakkannya di atas timbangan elektronik.

Lalu dilakukan pemvakuman dengan mematikan shelf cooling dan menghi-

dupkan internal cdd trap sampai diperoleh suhu internal cold trap -37°C. Katup-

katup yang berhubungan dengan udara luar dalam posisi tertutup, sedang katup-

katup yang berhubungan dengan pompa vakum dibuka. Kemudian dilakukan

pembacaan dan pengaturan tekanan sesuai dengan perlakuan yang diberikan.

Pengaturan tekanan dengan rnembuka katup yang berhubungan dengan sensor

dengan 10 twr. Setelah