RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DAN PENGGILING CABAI MERAH (Capsicum annuum L.)
SKRIPSI
OLEH :
JUNITA BR TARIGAN 160308057
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2020
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DAN PENGGILING CABAI MERAH (Capsicum annuum L.)
SKRIPSI
OLEH :
JUNITA BR TARIGAN
160308057/KETEKNIKAN PERTANIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2020
Judul Skripsi :Rancang Bangun Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah (Capsicum annuum L.)
Nama :JUNITA BR TARIGA NIM :160308057
Program Studi : Keteknikan Pertanian
Disetujui oleh : Komisi Pembimbing
(Adian Rindang, STP, M.Si) NIP 198704282015042001
Mengetahui
(Dr.Taufik Rizaldi, STP, MP) Ketua Program Studi Keteknikan Pertanian
Tanggal Lulus : 30 Juli 2020
Panitia Penguji Skripsi Adian Rindang, STP, M.Si
Riswanti Sigalingging, STP, M.Si, Ph.D Putri Chandra Ayu, STP, M.Si
Sulastri Panggabean, STP, M.Si
ABSTRAK
JUNITA BR TARIGAN: Rancang Bangun Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah (Capsicum annuum L.) dibimbing oleh ADIAN RINDANG.
Alat pengering dan penggiling cabai merah (Capsicum annum L.) merupakan alat pengering dan penggiling yang dapat menyelesaikan dua proses dalam satu alat. Alat ini mengeringkan cabai dengan prinsip pemanasan udara dengan memanfaatkan elemen pemanas (heater) kemudian udara panas dihembuskan ke ruang pengering. Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan prototipe alat pengering dan penggiling cabai merah serta menguji performa alat yang dibangun. Dari hasil perancangan alat dihasilkan alat pengering dan penggiling dengan kapasitas 1 kg, dengan diameter dan tinggi ruang pengering 22 cm dan 17 cm. Kecepatan mata pisau yang berputar tanpa beban pada alat ini adalah 11.000 rpm. Dari hasil pengujian alat yang dilakukan terhadap 1 kg cabai merah selama 75 jam, diperoleh kapasitas efektif alat terhadap pengeringan dan penggilingan masing-masing 0,01333 kg/jam dan 0,62 kg/jam. Laju pengeringan dari alat yang dibangun adalah 0,88133 % bb/jam dari rata-rata kadar air awal 75,36 %bb dan rata-rata kadar air akhir 9,72% bb. Kadar air bubuk cabai yang dihasilkan adalah 9,7%bb dengan kehalusan 95% lolos ayakan mesh nomor 40.
Rendemen dari pengeringan dan penggilingan dari alat ini adalah 31% dan 63%.
Kata kunci: pengering, penggiling, bubuk cabai merah
ABSTRACT
JUNITA BR TARIGAN: Design of Red Chili (Capsicum annum L.) dryer and grinder supervised by ADIAN RINDANG.
Red chili dryer and grinder is a machine that can work two processes, namely drying and grinding. The principle of this dryer is heating the air using heater then distribute hot air to the drying chamber. The purpose of this study was to produce a prototype red chili dryer and grinder and to test the performance of red chili dryer and grinder. Red chili dryer and grinder that designed has a capacity of 1 kg, with diameter and height of drying chamber of 22 cm and 17 cm, respectively. The speed rotation of the blade without a load in this machine is 11,000 rpm. Results showed that the machine could dry 1 kg of red chili in 75 hours, with the effective capacity for drying and grinding were 0.01333 kg/hour and 0.62 kg/hour, respectively. The drying rate was 0.88133%wb/hour, which could reduce the chilies moisture content from 75.36%wb to 9.72%wb. The moisture content of the produced chili powder was 9.7%wb with 95% fineness of the powder passed the sieve number 40. The yield of drying and grinding from the machine are 31% and 63%.
Keywords: drying, grinding, red chili powder
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Anom, Kecamatan Pancur Batu, Kabupaten Deli Serdang pada tanggal 06 Juni 1999 dari bapak Burhan Tarigan dan ibu Nurmin Br. Barus. Penulis merupakan anak ke dua (2) dari tiga bersaudara.
Tahun 2016 penulis lulus dari SMA Swasta Sultan Iskandar Muda Medan dan pada tahun yang sama masuk ke Fakultas Pertanian USU melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) dan lulus pada pilihan kedua di Program Studi Keteknikan Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai badan penggurus harian (BPH) UKM BKM Al-Mukhlisin FP USU periode 2017/2018 dan sekertaris Lembaga Mentoring Agama Islam FP USU periode 2018/2019. Penulis pernah mengikuti seleksi mahasiswa berprestasi Fakultas Pertanian USU pada tahun 2019 dan berhasil menjadi mahasiswa berprestasi II Fakultas Pertanian USU 2019. Penulis juga merupakan finalis pada kegiatan Tanoto Research Award 2019.
Penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Kelurahan Pematang Pasir, Kecamatan Teluk Nibung, Kota Tanjung Balai pada bulan Juli sampai Agustus 2019. Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PTPN III PKS Kebun Rambutan, Tebing Tinggi, Sumatera Utara pada bulan Januari sampai Febuari 2020.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Yang Maha Esa atas Berkah dan Anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Yang Maha Esa atas Berkah dan Anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah (Capsicum annuum L.) yang merupakan salah satu syarat untuk dapat mendapatkan gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada orangtua serta keluarga besar penulis yang selalu mendoakan dan mendukung penulis baik moral maupun materil, terima kasih juga kepada ibu Adian Rindang, STP, M.Si selaku komisi pembimbing yang telah banyak membimbing dan membantu penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis juga mengucapkan terima kasih semua staf pengajar dan pegawai di Program Studi Keteknikan Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk melengkapi skripsi ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Maret 2020
Penulis
DAFTAR ISI
Hal.
ABSTRAK ... i
RIWAYAT HIDUP ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
PENDAHULUAN... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 3
Manfaat Penelitian ... 4
TINJAUAN PUSTAKA... 4
Cabai Merah (Capsicum annuum L.) ... 4
Pengeringan Cabai ... 6
Blanching ... 8
Prinsip Dasar Pengeringan... 9
Penentuan Kadar Air Bahan ... 10
Jumlah Kalor Pengering ... 11
Laju Pengeringan ... 14
Kebutuhan Daya Heater ... 14
Dimensi Ruang Pengering ... 15
Dinamo ... 16
Kapasitas Alat ... 16
Rendemen ... 17
Pengecilan Ukuran (Size Reduction) ... 18
Uji Organoleptik ... 18
Mekanisme Pembuatan Alat ... 19
Analisis Ekonomi ... 20
Break Event Point (BEP) ... 22
Net Present Value (NPV) ... 23
Internal Rate of Return (IRR) ... 23
METODOLOGI PENELITIAN ... 25
Waktu dan Tempat Penelitian... 25
Bahan dan Alat ... 25
Perancangan Alat ... 25
Prosedur Pembuatan Alat ... 28
Prosedur Pra-penelitian... 28
Prosedur Pengujian Alat ... 29
Kebutuhan Energi Pengering ... 30
Dimensi Alat Pengering dan Penggiling Cabai ... 30
Parameter Penelitian ... 31
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33
Prototipe Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah... 33
Ruang Pengering... 34
Kipas ... 34
Rangka Alat ... 35
Mata Pisau ... 35
Heater ... 35
Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah ... 36
Laju Pengeringan ... 39
Kapasitas Efektif... 42
Distribusi Suhu dan RH ... 43
Perbandingan Alat Pengering dan Penggiling yang Dibangun dengan Sistem Pengering Lainnya ... 47
Hubungan Lama Pengeringan dengan Penurunan Kadar Air ... 48
Kehalusan Bubuk Cabai dan Kadar Air Bubuk Cabai yang Dihasilkan ... 49
Rendemen ... 50
Karakteristik Organoleptik Bubuk Cabai ... 51
Analisis Ekonomi ... 53
Break Event Point (BEP) ... 53
Net Present Value (NPV) ... 53
Internal Rate of Return (IRR) ... 54
Analisis Perbaikan Alat ... 54
KESIMPULAN ... 55
Kesimpulan ... 56
Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 58
LAMPIRAN ... 61
DAFTAR TABEL
No. Hal.
1. Komposisi Kimia Cabai Merah per 100 G Bahan ... 5 2. Standar Bubuk Rempah-Rempah Berdasarkan SNI 01-3709-1995 ... 7
3. Karakteristik Alat Pengering Dan Penggiling
Cabai Merah (Capsicum annum L.) ... 38
DAFTAR GAMBAR
No. Hal.
1. Cabai Merah ...6
2. Desain Alat Pengering Dan Penggiling Cabai Merah ...27
3. Ruang Pengering ...34
4. Kipas ...34
5. Mata Pisau ...35
6. Heater ...36
7. Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah ...37
8. Hubungan Laju Pengeringan dengan Lama Pengeringan ...40
9. Titik Sensor Suhu Dan RH Pada Ruang Pengering ...44
10. Distribusi Suhu ...45
11. Distribusi RH ...46
12. Grafik Penurunan Kadar Air Pada Alat Pengering Dan Penggiling Cabai Merah ...49
DAFTAR LAMPIRAN
No. Hal.
1. Flow Chart Penelitian ...61
2. Perhitungan Dimensi dan Konsumsi Energi Alat Pengering dan Penggiling Bubuk Cabai Merah (Capsicum annuum L.) ...62
3. Laju Pengeringan ...72
4. Kapasitas Efektif Alat ...73
5. Distribusi Suhu dan RH ...74
6. Rata-rata Penurunan Kadar Air Selama Pengeringan ...75
7. Waktu Penggilingan Pada Setiap Ulangan ...76
8. Kadar Air Bubuk Cabai yang Dihasilkan Pada Setiap Ulangan ...77
9. Rendemen Pengeringan dan Penggilingan ...78
10. Analisis Ekonomi ...79
11. Kuesioner Uji Organoleptik ...88
12. Dokumentasi Kegiatan Penelitian ...89
13. Gambar Teknik...90
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu komoditas pertanian yang diminati oleh penduduk dunia termasuk Indonesia adalah Cabai. Cabai diolah menjadi berbagai macam olahan seperti bumbu masakan, obat-obatan herbal sampai sebagai pewarna alami untuk kosmetik
(Tifani, 2013). Salah satu varietas dari cabai adalah cabai merah (Capsicum annuum L), produksi cabai merah yang disampaikan oleh Kementerian
Perdagangan melalui Pusat Pengkajian Perdagangan Dalam Negeri Badan Pengkajian dan Pengembangan Perdagangan (2019), terjadi kenaikan produksi cabai pada tahun 2016 sebesar 1,04 juta ton, sedangkan pada tahun 2017 meningkat menjadi 1,21 juta ton dan 1,12 juta ton pada tahun 2019. Peningkatan produksi cabai berbanding lurus dengan total konsumsi cabai dari tahun 2016-2019 (Kemendag, 2019).
Beberapa sifat umum sayur-sayuran dan buah-buahan setelah panen adalah mudah rusak, melimpah pada saat panen dan tidak seragam bentuknya. Menurunnya kualitas produk sayur dan buah terjadi karena masih berlangsungnya proses fisiologis sayur dan buah seperti respirasi dan transpirasi. Penanganan pascapanen yang baik perlu dilakukan karena sayur dan buah mengalami susut atau penurunan bobot setelah panen meliputi penurunan secara fisik, mutu, dan adanya penurunan gizi. Perlu dilakukan teknik pengolahan pangan seperti diversifikasi olahan produk buah dan sayur untuk memperlama daya simpan produk sehingga dapat tersedia di pasaran tanpa mengenal musim (Pujimulyani, 2012).
Kadar air cabai yang tinggi menyebabkan daya simpan cabai tidak tahan lama.
Adanya diversifikasi olahan cabai merah menjadi salah satu solusi untuk memperpanjang umur simpan cabai merah (Zam dkk., 2019). Bubuk cabai merupakan salah satu produk diversifikasi dari cabai merah. Peningkatan konsumsi bubuk cabai dibuktikan dengan banyaknya makanan olahan industri pangan yang memanfaatkan bubuk cabai sebagai bahan pendukung makanan seperti olahan mi, ayam, keripik dan olahan lainnya yang menggunakan variasi pedas untuk menarik minat beli konsumen. Tidak hanya digunakan untuk industri makanan, bubuk cabai juga digunakan untuk industri kosmetik (Tifani, 2013).
Proses pengolahan cabai merah menjadi bubuk dibagi menjadi dua proses
utama yaitu pengeringan dan pengecilan ukuran (size reduction) (Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian, 2009). Tujuan dilakukannya pengeringan
adalah untuk menurunkan kadar air pada bahan dengan penambahan panas untuk mendorong air pada bahan keluar sehingga cabai memiliki daya simpan yang lebih lama. Pengeringan dapat dilakukan secara manual dengan memanfaatkan sinar matahari dan dapat dilakukan secara mekanis dengan menggunakan alat pengering buatan. Pengeringan dengan menggunakan sinar matahari memiliki beberapa kelemahan yaitu pengeringan yang dilakukan tergantung cuaca, memerlukan luas daerah pengeringan yang luas dan lebih rentan terkontaminasi zat asing. Kelebihan dari pengeringan dengan menggunakan sinar matahari adalah biayanya yang murah.
Pengeringan dengan menggunakan alat mekanis memiliki biaya yang lebih mahal jika dibandingkan dengan pengeringan dengan memanfaatkan cahaya matahari, tetapi
pengeringan dengan alat mekanis dapat dilakukan di mana saja tidak bergantung pada cuaca dan lebih higienis (Panggabean dkk., 2017). Setelah melakukan pengeringan, cabai kering dihaluskan atau dikecilkan ukurannya.
Tingginya konsumsi cabai dan makanan pedas dapat dijadikan peluang home industry untuk menjalankan usaha pembuatan bubuk cabai skala kecil. Alat pembuat bubuk cabai konvensional terdiri dari alat pengering dan penggiling untuk mengecilkan ukuran. Alat untuk mengolah cabai merah menjadi bubuk cabai di pasaran masih dilakukan pada dua alat yang berbeda yaitu alat pengering dan alat penggiling. Adanya dua alat untuk dua proses penggolahan menjadikan biaya produksi lebih mahal dan kurang efisien dalam proses pengolahan.
Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang rancang bangun alat pengering dan penggiling cabai yang dapat menyelesaikan dua proses pembuatan bubuk cabai yaitu pengeringan dan penggilingan dalam satu alat sehingga dapat menekan biaya produksi.
Tujuan Penelitian
1. Merancang dan membangun alat pengering dan penggiling cabai merah.
2. Mendapatkan nilai performa alat diantaranya: Laju pengeringan, kapasitas efektif alat, rendemen, tingkat kehalusan bubuk cabai dan kadar air bubuk cabai merah yang dihasilkan.
3. Melakukan analisis ekonomi dari alat pengering dan penggiling cabai merah.
Manfaat Penelitian
1. Bagi penulis yaitu sebagai bahan untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
2. Bagi mahasiswa sebagai sumber informasi pendukung untuk melakukan penelitian lanjutan tentang alat pengering dan penggiling cabai merah.
3. Bagi masyarakat sebagai bahan informasi pihak yang membutuhkan.
TINJAUAN PUSTAKA
Cabai Merah (Capsicum annuum L)
Cabai merah merupakan tanaman yang berasal dari Amerika Latin yang digunakan sebagai bumbu dapur dan memiliki warna dan rasa yang khas. Dalam pengolahan cabai (Capsicum, sp.) terdapat dua jenis cabai berdasarkan ukurannya yaitu cabai besar dan cabai kecil. Cabai besar terdiri dari cabai merah dan paprika sedangkan cabai kecil terdiri dari cabai rawit, cabai cengek dan cabai hias. Cabai merah (Capsicum annum L.) terdiri dari dua jenis berdasarkan bentuknya, yaitu cabai merah keriting dan cabai merah bulat. Cabai merah keriting memiliki ciri-ciri berbentuk memanjang dan mengeriting, berujung runcing, pedas, serta memiliki biji yang banyak. Cabai merah bulat memiliki ciri-ciri berukuran pendek sampai panjang, berujung tumpul atau bulat, kurang pedas dan memiliki kulit yang tebal (Andoko, 2004).
Tabel 1. Komposisi kimia cabai merah per 100 g bahan
Sumber : Direktorat gizi, Depkes RI (1981)
Kandungan gizi Cabai merah segar Cabai merah kering
Kadar air (%) 90,9 10
Kalori (kal) 31 311
Protein (g) 1 15,9
Lemak (g) 0,3 6,2
Karbohidrat (g) 7,3 61,8
Kalsium (mg) 29 160
Fosfor (mg) 24 370
Besi (mg) 0,5 2,3
Vitamin A (SI) 470 575
Vitamin B1 (mg) 0,05 0,4
Berat yang dapat dimakan/BBD (%) 85 85
Gambar 1. Cabai Merah Pengeringan Cabai
Cabai kering adalah cabai yang memiliki kandungan air yang rendah karena adanya proses thermal yang menyebabkan adanya penurunan kadar air pada cabai sehingga tahan lama, mudah dibawa dan disimpan. Teknik pengeringan dapat dilakukan dengan menjemur cabai di bawah sinar matahari atau menggunakan alat pengering. Penggunaan cabai kering salah satunya adalah sebagai bumbu masakan serta bahan setengah jadi untuk pembuatan bubuk cabai, minyak cabai, dan sambal.
Cabai kering memiliki potensi pemasaran yang lebih luas (Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian, 2009).
Salah satu diversifikasi dari cabai merah segar adalah bubuk cabai, bubuk cabai diperoleh dari proses penggilingan cabai kering. Bubuk cabai banyak dimanfaatkan sebagai salah satu komposisi produk olahan makanan pada industri makanan seperti keripik, olahan jamur tiram, roti, dan berbagai makanan dengan level kepedasan tertentu yang semakin menjadi tren makanan di masyarakat saat ini.
Bubuk cabai memilki ukuran partikel yang kecil dan daya simpan yang lebih lama dari cabai segar karena bubuk cabai memiliki kandungan air yang rendah. Bubuk
cabai menjadi salah satu produk yang praktis digunakan dan memiliki daya jual yang tinggi (Sudaryati dkk., 2011).
Tabel 2. Standar bubuk rempah-rempah berdasarkan SNI 01-3709-1995
Kriteria Uji Satuan Persyaratan
Bau - Normal
Rasa - Normal
Air %b/b Maks. 12,0
Abu %b/b Maks. 7,0
Abu tak larut dalam asam %b/b Maks, 1,0
Kehalusan Lolos ayakan
No.40 %b/b Maks. 90,0
Cemaran Logam
Timbal (Pb) mg/kg Maks. 10,0
Tembaga (Cu) mg/kg Maks. 30,0
Cemaran arsen (As) mg/kg Maks. 0,1
Cemaran mikroba
Angka lempeng total Koloni/g Maks. 106
Eschericia coli APM/g Maks. 103
Kapang mg/kg Maks, 104
Aflatoxin mg/kg Maks. 20,0
Sumber: SNI 01-3709-1995
Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian (2009) menyatakan bahwa suhu pengeringan cabai yang baik tidak boleh melebihi 75°C sebaiknya 50-60 °C untuk menurunkan kadar air menjadi 10% bb (idealnya 7-8%bb) atau bila cabai kering sudah mudah dipatahkan. Umumnya pengurangan berat cabai awal sesudah pengeringan adalah 50 – 60% dari berat semula.
Pengeringan cabai dapat dilakukan dengan menggunakan alat pengering selama 10-20 jam jika menggunakan oven pada suhu 60°C. Jika menggunakan pengering hybrid, pengeringan cabai merah dapat berlangsung selama 3-4 hari dan jika pengeringan dilakukan dengan memanfaatkan sinar matahari di tempat terbuka pengeringan dengan matahari dapat berlangsung selama 8-10 hari jika cuaca baik dan
12-15 hari jika cuaca kurang baik. Lama proses pengeringan berbeda untuk setiap alat dan metode pengeringan yang digunakan. Proses pengeringan yang dilakukan diharapkan dapat berlangsung dengan cepat untuk mempercepat produksi produk yang dikeringkan, salah satu cara untuk mempercepat waktu pengeringan selain
faktor suhu adalah dengan melakukan blansing pada bahan yang akan dikeringkan (Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian, 2009).
Blanching
Blansing (blanching) merupakan proses pengolahan pangan secara thermal dengan penambahan panas dengan suhu sedang dan bertujuan untuk menonaktifkan enzim-enzim penyebab kebusukan pada komoditas hasil pertanian. Enzim-enzim penyebab kebusukan menyebabkan perubahan fisik seperti perubahan warna, perubahan penyusun kimia yang menyebabkan adanya perubahan rasa dan bau, dan perubahan nilai gizi produk yang jika dikonsumsi bukan menjadi sumber vitamin tetapi menjadi penyebab timbulnya penyakit pencernaan. Blansing dapat menjaga warna sayuran, meningkatkan suhu bahan yang diblansing sehingga mempercepat pengeringan, pencucian, menurunkan tingkat kekerasan bahan sehingga mudah pada saat pengemasan (Devahastin, 2000).
Prosedur dalam memblansing menurut Departemen Pengolahan Hasil Pertanian (2009) dapat dilakukan dengan merendam cabai ke dalam air panas yang hampir mendidih (90°C) kemudian meniriskannya dan merendam ke dalam air dingin atau dapat juga dilakukan dengan cara merendam cabai ke dalam air panas dan telah diberi bahan pengawet yang aman untuk pengolahan makanan seperti Kalium
Metabisulfit (K2S2O5) atau Natrium Bisulfit (Na2S2O5) dengan ketentuan ditambahkan sebanyak 2g/l air (0,2%) selama 6 menit. Perendaman dengan bahan kimia ini bertujuan untuk menghambat aktivitas enzim dan mempertahankan warna cabai. Bahan ini merupakan bahan pengawet yang aman untuk dicampurkan dalam proses blansing. Untuk memblansing 1 kg cabai dibutuhkan 1,5 liter air, cabai yang telah direndam di air 90°C selanjutnya diangkat dan dimasukan ke alam air dingin, agar proses pemanasan terhenti, setelah itu cabai ditiriskan dan dikeringkan (Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian, 2009).
Prinsip Dasar Pengeringan
Pengeringan merupakan perpindahan kandungan air dari bahan yang dikeringkan ke ruang pengering atau udara sekitar bahan karena adanya perbedaan kandungan air pada bahan dan ruang pengering atau udara sekitar bahan. Semakin besar perbedaan antara kandungan air pada udara pengering dengan kandungan air pada bahan, kemampuan udara membawa uap air bertambah besar. Tujuan dari pengeringan adalah untuk mengurangi kandungan air bahan sampai batas mikroorganisme tidak dapat tumbuh sehingga bahan pangan dapat disimpan lebih lama. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua yaitu faktor yang berhubungan dengan udara pengering dan faktor yang berhubungan dengan sifat bahan. Faktor yang berhubungan dengan udara pengering adalah suhu, kelembaban dan kecepatan aliran udara. Faktor yang berhubungan dengan sifat bahan adalah ukuran bahan, kadar air awal sebelum pengeringan, dan tekanan parsial bahan.
Semakin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara maka pengeringan berlangsung
semakin cepat karena suhu yang tinggi akan membawa uap air pada bahan lebih cepat dari pada suhu yang rendah dan kecepatan aliran udara yang tinggi akan membawa uap air yang ada pada bahan keluar dari ruang pengering sehingga kelembaban udara di ruang pengering rendah. Semakin tinggi kelembaban udara di ruang pengering maka pengeringan berlangsung lebih lama karena kemampuan bahan melepaskan uap air ke udara semakin kecil (Sobari, 2018).
Menurut Devahastin (2000) pengeringan merupakan suatu proses perpindahan panas dan massa yang menyebabkan adanya perubahan secara fisik dan kimia dari bahan yang dikeringkan dan pada gilirannya dapat menyebabkan perubahan mutu hasil maupun mekanisme perpindahan panas dan massa.
Pengeringan terjadi melalui pemberian panas pada ruang pengering sehingga terjadi perpindahan panas antara ruang penggering dan bahan basah. Panas yang diterima dari bahan basah dapat mengeluarkan kandungan air pada bahan basah. Panas dapat disediakan melalui konveksi (pengering langsung), konduksi (pengering sentuh atau tak langsung), radiasi atau secara volumetrik dengan menempatkan bahan basah tersebut dalam medan elektromagnetik gelombang mikro atau frekuensi radio (Devahastin, 2000).
Penentuan Kadar Air Bahan
Terdapat tiga jenis air yang terdapat pada bahan yang akan dikeringkan, yaitu air bebas, air terikat secara fisik, dan air terikat secara kimia. Air bebas (Free water) merupakan air yang terdapat pada permukaan bahan. Kandungan air ini dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk tumbuh. Air bebas juga dimanfaatkan sebagai salah satu
bahan dalam reaksi kimia. Air bebas lebih mudah diuapkan daripada air terikat, kandungan air pada bahan ketika air bebas diuapkan seluruhnya adalah 12 – 25 % tergantung pada jenis bahan. Air terikat secara fisik adalah air yang terdapat dalam jaringan matriks bahan karena adanya ikatan-ikatan fisik. Air terikat secara kimia adalah air yang paling sulit dihilangkan, jika air terikat secara kimia ini dihilangkan maka akan terjadi reaksi pencoklatan (browning) (Sobari, 2018).
Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan (Sobari, 2018). Sobari (2018) juga menyatakan ada dua metode untuk menentukan kadar air bahan, yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis). Salah satu cara untuk menentukan besarnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan adalah dengan metode oven. Penentuan kadar air bahan dengan metode oven dilakukan dengan cara memasukkan bahan yang sebelumnya sudah ditimbang massanya ke dalam oven, setelah 24 jam atau sampai tidak ada penurunan massa bahan (konstan), sampel yang dikeringkan didinginkan di desikator kemudian ditimbang. Selisih massa awal bahan dengan massa akhir bahan merupakan massa air yang menguap. Kadar air dapat dihitung dengan Persamaan 1.
Ka (%) = - 100 %...(1) Keterangan:
W1 = masa bahan sebelum dikeringkan (gr) W2 = massa bahan setelah dikeringkan (gr) (ASAE, 2018).
Jumlah Kalor Pengering
Jumlah kalor (panas) yang digunakan untuk pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.
Qd = Qt + Qw + Ql...(2) Keterangan:
Qd = energi pengeringan bahan (kJ) Qt = energi pemanasan bahan (kJ) Qw = energi pemanasan air bahan (kJ) Ql = energi penguapan air bahan (kJ)
Dimana energi untuk pemanasan bahan (Qt) dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.
Qt = mt Cp (Td Ta)...(3) Keterangan:
Cp = panas jenis bahan (kJ/kg °C) Ta = temperatur awal bahan (°C)
Td = temperatur rata-rata udara pengering (°C) mt = massa cabai (kg)
Energi pemanasan air bahan (Qw) dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.
Qw = mat Cp air (Td Ta)...(4) Keterangan:
Cp air = panas jenis air (kJ/kg °C) mat = massa air awal (kg)
Energi penguapan air bahan (Ql)
Ql = mah hfg...(5) Keterangan:
hfg = panas laten air (kJ/kg) mah = massa air yang hilang (kg)
Berat air yang diuapkan selama proses pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 6.
mah = mat maa...(6) Keterangan:
mat = massa air cabai awal (kg) maa = massa air cabai akhir (kg) mat = mt Wa
Wa = kadar air awal bahan (%) mkb =
mt...(7) maa =
...(8) Keterangan:
wf = kadar air akhir bahan (%) mkb = berat kering bahan (kg) (Napitupulu dan Putra, 2012).
Laju Pengeringan
Menurut Erlina dan Tazi (2009) laju pengeringan adalah seberapa besar massa air pada bahan yang dikeringkan dapat dikeluarkan untuk mencapai kadar air yang diinginkan per satuan waktu. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeringan diantaranya, bentuk bahan, ukuran, volume, luas permukaan, sifat termofisik bahan (seperti panas laten, panas jenis spesifik, konduktifitas termal dan emisivitas termal), komposisi bahan kimia bahan (seperti kadar air awal bahan) dan keadaan di luar bahan (seperti suhu, kelembaban dan laju aliran udara) (Erlina dan Tazi, 2009).
Periode laju pengeringan dapat dibedakan menjadi dua periode yaitu periode dengan laju pengeringan tetap dan laju pengeringan menurun. Kedua periode ini dibatasi oleh kadar air kritis. Akhir dari periode tetap terjadi ketika laju difusi air dalam produk menurun. Periode laju pengeringan tetap biasanya berlangsung cepat untuk produk pertanian (Heldman dan Singh, 2009). Laju pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 9.
Wdot
...(9) Keterangan :
Wdot = laju pengeringan (%bb/jam) KA = kadar air yang diuapkan (%bb) = waktu pengeringan (jam) Kebutuhan Daya Heater
Heater merupakan elemen pemanas yang dapat menghasilkan energi panas yang dapat digunakan untuk memanaskan udara dan air disekitar heater. Heater
banyak digunakan sebagai salah satu komponen dalam membuat alat pengering.
Kebutuhan daya heater perlu diketahui agar dapat memilih heater yang tepat pada saat proses pembuatan alat yang dibangun. Daya heater disesuaikan antara kebutuhan energi pengeringan dengan ketersediaan daya heater yang dijual di pasaran.
Kebutuhan daya heater dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 10.
P = ……….……….(10)
Keterangan :
P = daya listrik (W)
Qtotal = energi pengeringan (kJ) t = waktu pengeringan (s) Dimensi Ruang Pengering
Dimensi alat adalah ukuran panjang, lebar, dan tinggi dari alat yang dirancang. Salah satu cara untuk menentukan dimensi alat adalah dengan menentukan kapasitas alat yang dirancang. Setelah menentukan kapasitas alat, dimensi alat dapat ditentukan dengan mengetahui massa jenis/kerapatan massa dari produk yang diolah untuk mengetahui volume ruang pengering yang dibutuhkan. Volume ruang pengering dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan 11 untuk menentukan dimensi alat yang akan dibangun.
……….………..……….………….. ( 1)
Keterangan:
= kerapatan massa bahan (kg/m3) m = kapasitas alat (kg)
V = volume ruang pengering (m3)
kerapatan massa cabai dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 12.
= 83.84 +2.55 Mw………...……….( 2)
Mw = kadar air (%) (Hossain dan Bala, 1999).
Dinamo
Dinamo adalah komponen yang sangat penting dalam mesin yang digunakan sebagai sumber tenaga. Dengan menggunakan torsi dan kecepatan yang bekerja maka daya dinamo dapat ditentukan dengan Persamaan 13.
P dinamo = Tdinamo. ω
P dinamo = 2 Tdinamo ……….………..……….( 3)
(Shigley, 1984) Keterangan:
P dinamo = daya dinamo (watt)
n = putaran akibat motor listrik (putaran/detik) T dinamo = torsi yang bekerja (Nmm)
Kapasitas Alat
Kapasitas efektif alat dihitung untuk mengetahui banyaknya massa cabai merah yang dapat dikeringkan dan dihaluskan persatuan waktu. Menurut Daywin dkk. (2008) kapasitas efektif alat dapat dihitung dengan Persamaan 14 dan 15.
KA pengering = ...(14) KA penggiling = ...(15)
Keterangan :
KA pengering = kapasitas efektif pengeringan (kg/jam) KA penggiling = kapasitas efektif penggilingan (kg/jam) m = massa cabai merah (kg)
mk = massa cabai merah kering (kg)
t = waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan/
menggiling bubuk cabai merah (jam) Rendemen
Rendemen adalah besarnya keluaran (output) yang dihasilkan dari masukan (input) yang diberi dan dinyatakan dengan persen (%). Menurut Purwono (2002), persentase rendemen dapat dihitung dengan membandingkan massa awal bahan dengan massa akhir bahan dan dikali 100%. Rendemen pengeringan dan rendemen penggilingan pada alat yang dibangun dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 16 dan 17.
Rp =
100 %...(16) Rq =
100 %...(17) Keterangan:
Rp = rendemen penggeringan (%) Rq = rendemen penggilingan (%)
BM = berat cabai merah kering yang dihasilkan (kg) BBM = berat bubuk cabai merah yang dihasilkan (kg)
BH = berat awal cabai merah segar (kg) BBH = berat awal cabai merah kering (kg) Pengecilan Ukuran (Size Reduction)
Pengecilan ukuran merupakan proses mengubah ukuran pada suatu bahan yang besar menjadi lebih kecil dengan bantuan gaya dari luar. Tiga tipe gaya yang dapat terjadi pada alat-alat pengecilan ukuran adalah compression, impact dan shear.
Gaya Compression umumnya digunakan untuk bahan pangan yang keras seperti untuk memecah biji gandum atau memisahkan endosperm dari membran. Gaya impact digunakan untuk menggiling berbagai macam jenis bahan pangan termasuk serat makanan dan gaya shear umumnya digunakan untuk mengecilkan ukuran bahan pangan yang tidak keras. Pada setiap alat pengecilan ukuran terjadi ketiga jenis gaya ini, tetapi umumnya ada satu jenis gaya yang mendominasi (Brenann, 2006).
Uji Organoleptik
Uji organoleptik merupakan uji atau penilaian yang dilakukan dengan memanfaatkan panca indera seperti mata, hidung dan mulut untuk menilai aroma, rasa, tekstur, warna, dan bentuk produk makanan, minuman ataupun obat-obatan. Uji organoleptik bertujuan untuk mengevaluasi produk berformulasi. Evaluasi dilakukan oleh panelis yang memberikan penilaian terhadap produk yang disajikan.
(Ayustaningwarno, 2014).
Manusia memiliki sensor untuk mendeteksi kesukaan dan ketidaksukaan terhadap suatu produk makanan atau minuman yang dihasilkan. Sensor tersebut adalah indera perasa sebagai alat untuk menggambarkan rasa, perasaan dan persepsi
dari makanan atau minuman yang dikonsumsi. Untuk menghasilkan suatu produk yang akan dijual, perlu diperhatikan tingkat kesukaan terhadap produk yang akan dipasarkan. Uji sensori (uji organoleptik) dapat dijadikan sarana untuk menilai produk yang dihasilkan apakah sesuai selera konsumen ataupun tidak. Penilaian dari produk yang akan diuji dinilai oleh panelis. Terdapat beberapa kategori panelis yaitu panelis perseorangan, panelis terbatas, panelis terlatih, panelis agak terlatih dan panelis tidak terlatih (Arbi, 2003).
Panelis perseorangan merupakan panelis yang sangat ahli terhadap produk yang akan diuji dan memiliki sensitivitas yang tinggi pada karakteristik sensori produk yang akan diuji. Panelis terbatas terdiri dari 3-5 orang panelis dengan sensitivitas tinggi. Panelis terlatih merupakan panelis yang memiliki sensitivitas yang cukup baik dan terdiri dari 15-25 orang. Panelis agak terlatih merupakan panelis yang terdiri dari 15-25 orang yang sebelumnya dilatih untuk mengetahui karakteristik sensori tertentu. Panelis tidak terlatih merupakan orang awam yang bebas memberikan penilaian terkait uji sensor yang tidak pernah mendapatkan pelatihan terkait karakteristik sensori dan terdiri dari lebih dari 25 orang (Arbi, 2003).
Mekanisme Pembuatan Alat
Mengerjakan suatu pekerjaan perbengkelan diperlukan perkakas untuk mendukung pekerjaan tersebut. Perkakas tersebut diantaranya: gerinda, mesin bor, mesin bubut, mesin las, mesin frais, mesin asah, mesin skrap, dan mesin-mesin lainnya (Daryanto, 1984). Dalam pembuatan alat perlu diperhatikan juga sifat-sifat dari bahan teknik yang akan digunakan untuk pembuatan alat tersebut. Seperti sifat-
sifat mekanik (kekuatan, kekerasan, serta keuletan), sifat fisik (ukuran, masa jenis, struktur), sifat termal (pemuaian, konduktivitas), serta sifat kimia (kombinasi, segresi, ketahan korosi) (Surdia dan Saito, 1995). Keawetan dan kekuatan dari suatu peralatan pertanian sangat bergantung pada kualitas bahan yang digunakan.
Dalam pembuatan suatu peralatan pertanian biasanya dihindari penggunaan bahan yang terbuat dari baja tuang dan menggantinya dengan baja cetak atau tekan.
Hal ini dilakukan untuk menekan biaya pembuatan peralatan pertanian. Bahan yang digunakan dalam pembuatan peralatan pertanian dapat digolongkan dalam bahan logam dan non logam (Smith dan Wilkes, 1990).
Analisis Kelayakan Ekonomi
Analisis kelayakan ekonomi merupakan salah satu kegiatan menganalisa peluang bisnis dari suatu usaha yang diinvestasikan. Dengan adanya analisis kelayakan ekonomi dapat diketahui keputusan-keputusan yang dapat diambil untuk menghindari kerugian dari bisnis yang sedang atau akan dijalankan. Keuntungan dapat dinyatakan sebagai selisih antara biaya dan pendapatan. Bagi suatu usaha, ada dua jenis biaya, biaya tetap (fixed cost) dan biaya tidak tetap (variable cost). Biaya tetap yaitu biaya yang harus dikeluarkan tanpa melihat produksi barang/jasa yang akan dijual, seperti gaji, biaya rutin kantor dan penyusutan. Biaya tidak tetap adalah biaya-biaya yang dikeluarkan sehubungan dengan kegiatan produksi misalnya pembelian bahan, sewa alat, bahan bakar dan sebagainya (Wadiyono, 2008).
Menurut Soeharno (2007), untuk mengetahui nilai biaya produksi dapat dihitung menggunakan Persamaan 18.
Biaya produksi = (
) KEA………...………..(18) Keterangan:
BTP = total biaya tetap produksi (Rp/tahun) BTTP = total biaya tidak tetap produksi (Rp/tahun) JK = total jam kerja pertahun (jam/tahun) KEA = kapasitas alat (jam/satuan produksi)
Biaya tetap yang dapat diperhitungkan adalah biaya penyusutan dan biaya bunga modal dan asuransi. Biaya penyusutan dapat dihitung menggunakan Persamaan 19.
BP = ( -
………...(19)
Keterangan:
BP = biaya penyusutan (Rp/tahun)
NA = nilai awal (harga pembuatan) alat (Rp) NR = nilai akhir (10% dari P) (Rp)
NEA = nilai ekonomis alat (tahun)
Biaya bunga modal dan asuransi dapat dihitung menggunakan Persamaan 20.
I = ( (
………..……….(20)
Keterangan:
I = total persentase bunga modal dan asuransi (Rp/ tahun) i = total tingkat bunga modal dan asuransi (% tahun) P = nilai awal (harga pembuatan) alat (Rp)
n = nilai ekonomis alat (tahun)
Biaya tidak tetap terdiri dari biaya reparasi dan biaya operator. Biaya reparasi adalah biaya yang dikeluarkan untuk memperbaiki komponen alat yang rusak atau kerjanya sudah tidak optimal lagi. Biaya reparasi dapat dihitung dengan Persamaan 21.
Biaya reparasi = ( -
………..……….(21)
Biaya operator dapat disesuaikan dengan daerah pemakaian alat, tidak ada aturan khusus terkait biaya reparasi.
Break Event Point (BEP)
Break Event Point (BEP) atau analisis titik impas adalah suatu analisis ekonomi untuk mengetahui seberapa banyak barang/jasa harus diproduksi agar tidak mengalami kerugian. Dan selanjutnya mampu berkembang sendiri (self growing).
Dalam analisis ini, keuntungan awal dianggap sama dengan nol. Bila pendapatan produksi berada dibawah titik impas maka kegiatan usaha akan menderita kerugian, sebaliknya jika pendapatan produksi diatas titik impas berarti kegiatan usaha akan memperoleh keuntungan. BEP dapat dihitung menggunakan Persamaan 22.
JP =
( - ……….( )
Keterangan:
JP = jumlah produksi untuk mencapai titik impas BTP = biaya tetap per tahun (Rp)
BTTP = Biaya tidak tetap per unit produksi (Rp)
Net Present Value (NPV)
Net present value (NPV) merupakan kriteria yang digunakan untuk menentukan apakah suatu usaha dapat dikatakan layak untuk di komersilkan. NPV dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 23.
CIF COF ……….………...……(23) Keterangan:
CIF = cash in flow COF = cash out flow
Cash in flow dihitung dengan mendiskontokan total nilai pemasukan dengan nilai bunga di masa sekarang. Cash out flow dihitung dengan mendiskontokan nilai pengeluaran dengan suku bunga di masa sekarang.
CIF = pendapatan (P/A, i, n) nilai akhir (P/F, i, n) COF = pembiayaan (P/A, i, n)
dengan kriteria:
- NPV > 0, berarti alat tersebut layak diproduksi dan diusahakan
- NPV < 0, berarti alat tersebut tidak layak untuk diproduksi atau diusahakan - NPV = 0, berarti investasi alat tidak untung dan tidak rugi.
Internal Rate of Return (IRR)
Internal Rate of Return (IRR) atau laju pengembalian adalah besarnya tingkat bunga yang menjadi indikator apakah usaha yang dijalankan mendapatkan keuntungan atau kerugian dalam jangka waktu yang ditentukan. Suatu usaha yang
diinvestasikan dapat dikatakan layak dijalankan jika nilai IRR lebih besar dari laju pengembalian (discount rate).
IRR dapat dihitung dengan Persamaan 24 jika p bernilai negatif dan q positif dan dapat dihitung dengan Persamaan 25 jika p dan q positif.
IRR = p%
(q% p ………..…....…….(24) IRR = q%
(q% p ………..…….…….(25)
Keterangan:
p = suku bunga paling reaktif q = suku bunga coba-coba (> dari p) x = NPV pada suku bunga p
y = NPV pada suku bunga q (Kastaman, 2006).
METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Febuari sampai Maret 2020 di Laboratorium Teknik Biosistem Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cabai merah keriting dengan rata-rata berat per cabai 2,71 gram, panjang per cabai 8,11 cm, diameter 0,6607 cm dan kadar air awal cabai merah keriting 75,36%, plat stainless steel, termokopel, thermostat, heater, kipas aksial, sakelar, kabel, besi (rangka), mata pisau, dinamo, steker, natrium bisulfit, dan cawan aluminium. Alat-alat yang digunakan adalah aplikasi solidworks, mesin bor, mesin las, gerinda, stopwatch, timbangan digital, oven, hygrometer digital dan desikator.
Perancangan Alat
Alat ini dirancang untuk pengeringan dan penggilingan cabai merah menjadi bubuk dalam satu alat yang terintegritas. Sumber panas yang digunakan untuk menggeringkan cabai segar berasal dari heater. Selajutnya perancangan alat dibagi ke dalam tahapan perancangan struktural dan perancangan fungsional.
Pendekatan Desain Struktural
Alat pengering dan penggiling cabai merah ini dirancang dengan kapasitas 1 kg. Sumber panas yang digunakan berasal dari heater, kemudian udara panas yang
dipanaskan oleh heater dialirkan menggunakan kipas aksial ke dalam ruang pengering.
Ruang pengering berbentuk tabung dengan diameter 22 cm dan tinggi 17 cm yang didalamnya terdapat satu mata pisau yang dipasang vertikal dengan panjang 18 cm. Pada ruang pengering terdapat 1 termokopel yang berfungsi untuk mengukur suhu pengeringan dan thermostat yang berfungsi untuk memutus aliran listrik ketika suhu ruang pengering sudah melebihi suhu pengeringan cabai merah yang sudah ditentukan.
Pendekatan Desain Fungsional
Adapun fungsi-fungsi dalam perancangan alat pengering dan penggiling cabai merah ini adalah sebagai berikut:
- Tabung
Tabung berfungsi sebagai ruang pengering tempat cabai dikeringkan, digiling dan tempat mata pisau berada.
- Kipas aksial
Kipas aksial berfungsi untuk mengalirkan udara panas.
- Dinamo
- Dinamo berfungsi sebagai penggerak mata pisau agar dapat berputar untuk mengecilkan ukuran cabai merah menjadi bubuk cabai setelah proses pengeringan.
- Heater
Heater berfungsi untuk memanaskan udara untuk mengeringkan cabai merah.
- Kerangka Alat
Kerangka alat berfungsi sebagai dudukan tabung dan pendukung komponen lainnya terbuat dari besi.
Berdasarkan perancangan struktural dan fungsional yang telah dilakukan didapat desain alat yang akan dibangun seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Desain alat pengering dan penggiling cabai merah
Skema Aliran Udara Pengering
1. Tutup Tabung 2. Kipas
3. Outlet Udara Panas 4. Heater
5. Ruang Pengering 6. Mata Pisau 7. Dinamo 8. Rangka
Udara Luar Kipas axial
Masuk
Heater Ruang
Keluar Udara lembab
Prosedur Pembuatan Alat
Adapun prosedur dalam membangun alat pengering dan penggiling cabai yaitu:
1. Merancang bentuk alat pengering dan penggiling cabai.
2. Mengambar serta menententukan ukuran alat pengering dan penggiling cabai.
3. Memilih bahan yang digunakan untuk membuat alat pengering dan penggiling cabai.
4. Melakukan pengukuran terhadap bahan-bahan yang akan digunakan sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan pada gambar alat pengering dan penggiling cabai.
5. Memotong bahan sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan, melakukan pengelasan dan mengebor untuk pemasangan kerangka alat.
6. Megerindra permukaan yang terlihat kasar karena bekas pengelasan.
7. Merangkai alat dan mengecat alat. Alat dicat bertujuan untuk memperpanjang umur alat dan menambah nilai estetika alat.
Prosedur Pra-penelitian
Prosedur pra-penelitian dilakukan untuk mengetahui lama pengeringan cabai merah agar mencapai kadar air <10%. Prosedur pra penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Menyediakan bahan dan alat 2. Mensortasi cabai merah
3. Menimbang cabai merah yang akan dikeringkan dan dihaluskan sebanyak1 kg dan diukur suhu cabai merah.
4. Mencuci cabai merah.
5. Memblanching cabai merah dengan suhu 90°C yang sudah dicampur dengan larutan Natrium bisulfit (Na2S2O5) dengan konsentrasi 0,2 % selama 6 menit.
6. Menghidupkan heater sebagai pemanas udara pengering.
7. Memasukkan cabai merah ke dalam ruang pengering.
8. Melakukan pengambilan sampel kadar air setiap 5 jam.
9. Memasukkan sampel ke oven untuk mengetahui penurunan kadar air setiap 5 jam setelah melakukan penimbangan sampel sebelum dan sesudah masuk oven.
10. Melakukan 3 kali ulangan.
Prosedur Pengujian Alat
Prosedur pengujian alat pengering dan penggiling cabai adalah sebagai berikut:
1. Menyediakan bahan dan alat yang akan digunakan untuk proses pengeringan dan penggilingan bubuk cabai.
2. Mensortasi cabai merah.
3. Menimbang cabai merah yang akan dikeringkan dan dihaluskan sebanyak1 kg dan diukur suhu cabai merah.
4. Mencuci cabai merah.
5. Memblanching cabai merah dengan suhu 90°C yang sudah dicampur dengan larutan Natrium bisulfit (Na2S2O5) dengan konsentrasi 0,2 % selama 6 menit.
6. Menghidupkan heater sebagai pemanas udara pengering.
7. Memasukkan cabai merah ke dalam ruang pengering.
8. Menghidupkan mesin penggiling untuk menggiling cabai kering menjadi bubuk cabai setelah kadar air cabai di bawah 10%.
9. Mengayak bubuk cabai dengan menggunakan ayakan mesh No. 40.
10. Melakukan tiga kali pengulangan.
11. Melakukan pengamatan parameter.
Kebutuhan Energi Pengeringan
Kebutuhan energi pengeringan diketahui untuk menghitung daya heater yang dibutuhkan. Kebutuhan energi total yang dibutuhkan selama pengeringan adalah penjumlahan energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bahan, penguapan (panas laten), dan pemanasan air bahan. Kebutuhan energi untuk menakkan suhu bahan, penguapan dan pemanasan air bahan dapat dihitung dengan Persamaan 2- 8.
Kebutuhan daya heater dapat dihitung dengan Persamaan 10.
Dimensi Alat Pengering dan Penggiling Cabai
Dimensi alat pengering dan penggiling cabai meliputi diameter tabung ruang pengering, panjang tabung dan diameter mata pisau. Untuk mengetahui volume tabung pengering untuk kapasitas 1 kg dapat digunakan Persamaan 11. Kerapatan massa cabai dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 12. Dimensi tabung
pengering disesuaikan dengan tabung yang dijual secara konvensional begitu pula mata pisau yang digunakan.
Parameter Penelitian
Parameter yang akan diukur dalam penelitian ini meliputi:
1. Laju Pengeringan
Laju pengeringan pada alat yang dibangun dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 9.
2. Kapasitas Alat
Kapasitas efektif alat dihitung untuk mengetahui banyaknya massa cabai merah yang dapat dikeringkan dan dihaluskan persatuan waktu. Menurut Daywin dkk. (2008) kapasitas efektif alat dapat dihitung dengan Persamaan 24 dan 25.
3. Rendemen
Rendemen adalah perbandingan antara output produk yang dihasilkan dari suatu proses terhadap input bahan bakunya, yang dinyatakan dengan persen (%).
Menurut Purwono (2002), persentase rendemen dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 10 dan 11.
4. Kadar Air
Perhitungan kadar air bahan digunakan untuk mengetahui performa alat pengering seperti penurunan kadar air per satuan waktu, laju pengeringan dan kapasitas efektif dari alat yang telah dirancang. Kadar air bahan dapat dihitung dengan Persamaan 1.
5. Kehalusan
Kehalusan bubuk cabai yang dihasilkan dapat ditentukan dengan menggunakan ayakan bubuk mesh nomor 40 dengan membandingan massa bubuk cabai yang lolos ayak dengan berat total bubuk cabai.
6. Uji Organoleptik
Dalam metode ini panelis yang diminta memberikan penilaian adalah panelis tidak terlatih. Panelis diminta memberikan penilaian berdasarkan tingkat kesukaan terhadap bubuk cabai merah yang dihasilkan. Skor yang digunakan adalah 5 (sangat suka), 4 (suka), 3 (cukup), 2 (tidak suka), dan 1 (sangat tidak suka) untuk penilaian terhadap rasa dan warna. Untuk kepedasan skor yang digunakan adalah 5 (sangat pedas), 4 (pedas), 3 (cukup pedas), 2 (tidak pedas), dan 1 (sangat tidak pedas) dan untuk aroma adalah 4 (harum), 3 (netral), 2 (tengik), 1 (sangat tengik).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototipe Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah (Capsicum annuum L.)
Pada penelitian ini telah dirancang dan dibangun alat pengering dan penggiling cabai merah kapasitas 1 kg yang terintegritas dengan menggabungkan dua proses dalam satu alat yaitu proses pengeringan dan proses penggilingan. Analisis
dan perhitungan desain dari alat pengering dan penggiling cabai merah (Capsicum annuum L.) dari alat yang sudah dirancang dan dibangun dapat dilihat
pada Lampiran 2. Dari analisis didapat kebutuhan energi selama pengeringan adalah 2.356 kJ dengan asumsi lama pengeringan selama 20 jam dengan rata-rata suhu ruang pengering 60 C untuk menurunkan kadar air (KA) cabai merah segar dengan asumsi KA awal 90%bb menjadi KA <10%bb, asumsi kadar air awal cabai merah sebesar 90%bb berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Ramdani, dkk (2018). Kadar air awal dan akhir cabai diperlukan untuk menghitung kebutuhan energi pengeringan.
Kebutuhan daya heater yang digunakan selama proses pengeringan adalah 32,722 watt, sehingga daya heater yang digunakan pada prototipe alat yang sudah dibangun adalah 100 watt dengan efisiensi heater 60%. Kebutuhan daya dinamo untuk mesin penggiling yang dirancang adalah 158 watt dengan kecepatan putaran rancangan awal 1.400 rpm. Dari perhitungan dimensi didapat volume ruang pengering untuk mengeringkan cabai kapasitas 1 kg adalah 3.191,42 cm3 sehingga dapat ditentukan diameter dan tinggi ruang pengering yaitu 22 cm dan 17 cm. Penentuan diameter dan tinggi ruang pengering disesuaikan dengan ketersediaan barang yang ada di pasaran.
Ruang Pengering
Ruang pengering berbentuk tabung silinder yang memiliki tutup dan berbahan stainless steel dengan ketebalan 3,5 mm. Dimensi ruang pengering berdiameter 22 cm dan tinggi 17 cm. Didalam ruang pengering terdapat mata pisau yang terletak di bagian tengah bawah ruang pengering.
Gambar 3. Ruang pengering Kipas
Kipas diletakkan pada bagian tutup ruang pengering sebanyak 1 buah. Kipas yang digunakan adalah fan axial blower dengan dimensi panjang 120 mm, lebar 120 mm, dan tinggi 25 mm yang terbuat dari bahan metal. Tegangan kipas yang digunakan adalah 220 V AC dengan model kotak segi empat, berfrekuensi 50/60 Hz dan arus 0,12/0,10 A. Kecepatan udara yang dihasilkan dari kipas ini adalah 1,2 m/s.
Gambar 4. Kipas
Rangka Alat
Rangka alat menggunakan besi siku dengan ketebalan 3 mm dengan panjang 320 mm, lebar 220 mm dan tinggi 110 mm. Rangka alat berfungsi untuk menopang ruang pengering, tempat dudukan dinamo, dudukan thermostat dan tombol on/off (sakelar) elemen pengering dan motor penggiling.
Mata Pisau
Mata pisau yang digunakan berbahan baja putih dengan ketebalan 4 mm dengan panjang 18 cm.
Gambar 5. Pisau Heater
Heater diletakkan pada bagian ruang pengering sebanyak 1 buah. Heater yang digunakan memiliki daya 100 watt dengan dimensi panjang 114 mm, lebar 35 mm dan tinggi 25 mm. Heater yang digunakan bekerja dengan tegangan 220 V AC.
Metode pemanasan yang digunakan heater ini adalah radiasi udara dengan heating life 3 tahun.
Gambar 6. Heater
Alat Pengering dan Penggiling Cabai Merah (Capsicum annuum L.)
Salah satu teknologi pangan untuk memperpanjang masa simpan produk pangan dan mempertahankan mutunya adalah dengan pengeringan. Pengeringan bertujuan untuk menurunkan massa air pada bahan sehingga mikroorganisme penyebab kerusakan bahan tidak dapat berkembangbiak lagi. Pada penelitian ini, pengeringan dilakukan untuk menurunkan kadar air cabai menjadi di bawah 10%bb dengan alat pengering yang sudah dibangun, pengeringan dilakukan untuk memudahkan dalam penggilingan menjadi bubuk cabai. Kadar air yang ingin dicapai selama proses pengeringan adalah di bawah 10%bb (7%bb-10%bb) atau sampai cabai kering mudah dipatahkan, hal ini merupakan pedoman dalam pengeringan cabai yang disusun oleh Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian tahun 2009. Setelah cabai segar dikeringkan hingga kadar airnya menjadi di bawah 10%bb atau sampai cabai yang dikeringkan mudah dipatahkan oleh tangan, alat ini menggiling cabai kering menjadi bubuk cabai. Setelah melakukan proses penggilingan, bubuk cabai diayak dengan ayakan nomor 40 untuk melihat tingkat kelolosan bubuk cabai dan menyesuaikan dengan standar bubuk rempah-rempah berdasarkan SNI 01-3709-1995 tentang
kehalusan bubuk rempah-rempah. Dari hasil analisis perhitungan dan pembuatan alat pengering dan penggiling cabai merah (Capsicum annuum L.) dihasilkan alat pengering dan penggiling cabai seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Alat pengering dan penggiling
Metode pengeringan yang digunakan pada alat ini adalah metode pengeringan dengan memanaskan udara yang dihisap oleh kipas dan didistribusikan ke bahan yang akan dikeringkan. Udara panas menyebabkan perbedaan tekanan air pada bahan yang akan dikeringkan dengan tekanan ruang pengering sehingga terjadi perpindahan massa air dari bahan yang dikeringkan ke ruang pengering yang lebih dikenal dengan istilah menguap. Massa air yang ada pada ruang pengering (uap air) keluar melalui output udara panas pada bagian bawah ruang pengering. Kipas yang digunakan juga mempercepat keluarnya uap air pada ruang pengering menuju lubang output udara panas.
Setelah dikeringkan hingga KA cabai merah 7-10%bb, cabai digiling pada alat yang sama. Alat yang dibangun menggunakan mata pisau dengan ketebalan 4 mm yang disusun secara horizontal dengan kecepatan putaran mata pisau tanpa beban
adalah 11.000 rpm. Kecepatan putaran mata pisau mengakibatkan ukuran cabai kering menjadi lebih kecil. Gaya yang dominan terjadi pada proses penggilingan dari alat yang sudah dibangun adalah gaya impact. Beban penggilingan dan kecepatan putaran mata pisau mempengaruhi waktu penggilingan. Ukuran partikel yang ingin dicapai pada saat penggilingan mempengaruhi lama waktu penggilingan. Untuk mencapai ukuran partikel yang sangat kecil dibutuhkan waktu yang lebih lama. Pada alat yang sudah dibangun, waktu yang dibutuhkan untuk menggiling cabai merah kering menjadi bubuk cabai dengan kriteria partikel lulus ayakan mesh nomor 40 adalah 30 menit. Karakteristik alat pengering dan penggiling cabai merah (Capsicum annum L.) dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Karakteristik alat pengering dan penggiling cabai merah (Capsicum annuum L.)
Parameter Nilai Satuan
Suhu pengering rata-rata 40,027 °C
Kelembaban relatif awal ruang
pengering 90,5 %
Kelembaban relatif akhir ruang
pengering 33,75 %
Waktu pengeringan (jam) 75 Jam
Kadar air awal cabai rata-rata 75,36 %bb
Kadar air akhir cabai rata-rata 9,72 %bb
Laju pengeringan 0,8813 %bb/jam
Kapasitas efektif pengeringan 0,013
kg/jam
Kapasitas efektif penggilingan 0,6178 kg/jam
Rendemen pengeringan 0,31 kg
Rendemen penggilingan 0,197 kg
Kebutuhan energi panas pengeringan 2356 kJ
Waktu penggilingan 0,5 Jam
Kebutuhan energi penggilingan 158 Watt
Laju Pengeringan
Laju pengeringan menggambarkan seberapa besar massa uap air yang dapat dikeluarkan dari bahan persatuan waktu. Semakin cepat laju pengeringan, waktu pengeringan semakin cepat. Laju pengeringan juga dipengaruhi oleh suhu ruang pengering. Semakin tinggi suhu ruang pengering, semakin besar uap air yang akan keluar dari bahan yang dikeringkan. Laju pengeringan dari alat yang dibangun adalah 0,8813 %bb/jam. Kadar air cabai merah yang diuapkan selama proses pengeringan merupakan pengurangan dari kadar air awal rata-rata cabai dengan kadar akhir air cabai rata-rata. Kadar air cabai merah yang diuapkan selama 75 jam pengeringan adalah 66,1%bb. Kadar air awal dan kadar air akhir rata-rata cabai pada penelitian ini berturut-turut adalah 75,36 %bb dan 9,72% bb. Perhitungan laju pengeringan dapat dilihat pada Lampiran 3.
Penelitian yang dilakukan oleh Khairunnisa (2011) pada pengeringan cabai menggunakan alat pengering tipe rak (tray dryer) memiliki nilai laju pengeringan sebesar 4,696%bb/jam. Penelitian yang dilakukan oleh Erlina dan Tazi (2009) pada pengeringan tipe rak dengan kolektor surya memiliki nilai laju pengeringan 0,2508%bb/jam. Perbedaan laju pengeringan antara alat yang telah dibangun dengan alat pada penelitian yang dilakukan oleh Khairunnisa (2011) dan Erlina dan Tazi (2009) terjadi karena perbedaan suhu ruang pengering. Suhu ruang pengering pada penelitian Khairunnisa adalah 50 C, pada penelitian yang dilakukan oleh Erlina dan Tazi (2009) rata-rata suhu ruang pengering 44 C sedangkan pada alat yang dibangun rata-rata suhu ruang pengeringnya adalah 40,027 C. Perbedaan suhu ruang pengering
akan menyebabkan perbedaan lama pengeringan, lama pengeringan pada penelitian Khairunnisa (2011) menggunakan pengering tipe rak adalah 16 jam, pada penelitian Erlina dan Tazi (2009) lama pengeringan menggunakan pengering kolektor surya tipe rak lama adalah 5 hari, sedangkan pada alat yang dibangun lama pengeringannya adalah 3 hari. Rata-rata suhu ruang pengering pada pengering kolektor surya tipe rak lebih tinggi dari rata-rata suhu ruang pengering pada alat yang dibangun, tetapi lama pengeringannya lebih lama daripada alat yang dibangun. Hal ini dikarenakan pada alat yang dibangun pengeringan menggunakan elemen pemanas yang dapat menghasilkan panas setiap waktu dan tidak bergantung pada cuaca, berbeda dengan pengering kolektor surya yang hanya mendapatkan panas pada saat adanya cahaya matahari.
Gambar 8. Hubungan laju pengeringan terhadap lama pengeringan.
Dari Gambar 8 dapat dilihat hubungan laju pengeringan terhadap lamanya pengeringan. Laju pengeringan pada alat yang dibangun tidak stabil (berfluktuatif) hal ini disebabkan karena penurunan kadar air pada sampel cabai yang diambil tidak seragam dan tidak stabil penurunanya. Ketidakseragaman kadar air sampel cabai pada
y = 0,0048x + 0,6424 R² = 0,0198
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Laju Pengeringan (%bb/jam)
Lama Pengeringan (Jam)
saat pengukuran penurunan kadar air menggambarkan panas dari heater hanya terpusat dibagian tengah yang menyebabkan cabai yang berada di dekat heater memiliki kadar air yang lebih rendah daripada cabai yang berada jauh dari heater.
Adanya perlakuan bolak-balik cabai setiap 5 jam sekali juga mempengaruhi pengambilan sampel untuk melihat penurunan kadar air cabai yang dikeringkan, sehingga adanya fluktuasi laju pengeringan pada penelitian yang dilakukan disebabkan karena sampel cabai yang diambil tidak seragam penurunan kadar airnya karena panas yang diperoleh cabai tidak merata. Laju pengeringan yang terjadi cenderung menurun, tetapi ada peningkatan laju pengeringan pada lama pengeringan 35 jam, 45 jam, dan 55 jam pengeringan dan cenderung mengalami penurunan tanpa ada peningkatan laju pengeringan setelah 60 jam pengeringan. Peningkatan lama pengeringan ini menyebabkan grafik hubungan laju pengeringan terhadap waktu berbeda dari grafik pada umumnya. Hubungan antara laju pengeringan terhadap waktu/lama pengeringan pada umumnya menunjukkan grafik yang cenderung menurun dan akan konstan semakin lama waktu pengeringan. Adanya perbedaan grafik ini disebabkan oleh ketidakseragaman kadar air pada sampel cabai dikarenakan panas heater yang hanya terdistribusi dengan baik pada bagian tengah yang dekat dengan heater. Penurunan kadar air yang tidak stabil juga diasumsikan karena suhu ruang pengering yang tidak konstan dan terkadang mengalami penurunan. Suhu ruang penggering yang tidak konstan dan terkadang mengalami penurunan suhu dikarenakan mekanisme buka tutup ruang penggering pada saat pengambilan sampel.
Laju pengeringan pada setiap jamnya dapat dilihat pada Lampiran 3.
