II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Cengkeh
Cengkeh (Syzigium aromaticum (L.) Merr dan Perry) termasuk dalam famili Myrtaceae dan merupakan tanaman asli Indonesia yang berasal dari kepulaun Maluku, banyak tumbuh tersebar di daerah tropis dan subtropis.
Tanaman ini berbentuk pohon yang tingginya mencapai 15 cm-40 cm.
Tanaman ini memiliki akar tunggang yang mencapai kedalaman hingga tujuh meter. Cengkeh yang dikenal dan banyak dibudidayakan di Indonesia adalah Zanzibar, Sikotok, dan Siputih. Cengkeh adalah bunga yang belum mekar yang dikeringkan hingga kadar airnya tersisa antara 11%-12%. Bunga cengkeh masak siap panen, bunga cengkeh kering, dan bunga cengkeh mekar dapat dilihat masing-masing pada Gambar 1, 2, dan 3.
Gambar 1. Bunga cengkeh masak siap panen.
Gambar 2. Bunga cengkeh kering. Gambar 3. Bunga cengkeh mekar.
Akar tanaman cengkeh umumnya berwarna coklat kekuningan. Akar tunggangnya mempunyai 2-3 akar utama (primary sinkers) yang tumbuhnya
vertikal (Purseglove et al., 1981). Batang tanaman cengkeh berkayu keras.
Cabang dan ranting-rantingnya berkayu keras, kuat, dan liat. Bentuk daun lonjong sampai ellip, panjang 7 cm-13 cm dan lebar 3 cm-6 cm. Sistem pembungaan pada tanaman cengkeh bersifat terminal dimana bunga-bunga terbentuk pada ujung kuncup. Setelah pembuahan bunga membesar dan kelopak menutup. Buah berbentuk agak bulat, bulat telur sampai lonjong dengan ukuran panjang 2.5 cm-3.5 cm dan diameter 1 cm-2 cm. Biji berbentuk agak memanjang, panjang + 1.5 cm-2 cm dan lebar + 0.8 cm.
Penggunaan cengkeh di Indonesia terutama untuk campuran rokok kretek, sedang di luar negeri digunakan untuk bumbu masak, industri daging, saus, makanan, biasanya dalam bentuk bubuk (Smith, 1986). Minyak cengkeh digunakan sebagai bahan campuran dalam pembuatan parfum, antiseptik, dan obat-obatan lainnya seperti untuk menghilangkan rasa sakit, obat luka, obat cacing, obat kram, memperkuat serta untuk anastesi (Kercher, 1988).
Komponen utama dari minyak cengkeh adalah eugenol. Senyawa tersebut cukup luas penggunaannya, diantaranya sebagai bahan penyedap di dalam industri makanan, industri farmasi, dan fragran. Penggunaan di dalam industri farmasi sudah lama diketahui antara lain obat gigi dan tapal gigi untuk menyembuhkan radang gusi (Moestafa, 1989). Selain itu diketahui, eugenol mempunyai aktivitas antibiotik melawan jamur dan bakteri (Ueda, 1982).
Penggunaan cengkeh terbesar masih dalam bentuk aslinya yaitu dalam rokok kretek.
Mutu cengkeh dipengaruhi beberapa faktor yaitu lingkungan tumbuh, tipe tanaman dan cara pengolahannya. Faktor lingkungan tumbuh yang mempengaruhi mutu cengkeh adalah iklim, curah hujan, ketinggian di atas permukaan laut, dan tipe tanah. Dari segi pengolahan cengkeh yang mempengaruhi mutu cengkeh adalah umur petik, pelayuan, pengeringan, dan penyimpanan.
Menurut Hadiwijaya (1983) dalam Nugroho (2002), untuk dapat menghasilkan bunga dengan baik, cengkeh membutuhkan iklim yang cocok.
Musim hujan yang terlalu panjang atau turunnya hujan pada saat pembungaan dapat menyebabkan bunga mati dan berubah menjadi bakal daun. Sebaliknya
apabila musim kering terlalu panjang akan mendorong pembungaan yang terlalu lebat sehingga menyebabkan tanaman ”mati bujang”. Standar mutu bunga cengkeh dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Standar mutu bunga cengkeh (SNI 01-3392-1994).
No. Spesifikasi Satuan Mutu
I II III
1 Ukuran - Rata Rata Tidak rata
2 Warna -
Coklat kehitam-
hitaman mengkilap
Coklat Kehitam-
hitaman
Coklat Kehitam-
hitaman
3 Bau - Tidak
”apek” Tidak
”apek” Tidak
”apek”
4 Bahan asing
(bobot/bobot) maks. % 0.5 1.0 1.0
5 Gagang cengkeh
(bobot/bobot) maks. % 1.0 3.0 5.0
6 Cengkeh inferior
(bobot/bobot) maks. % 2.0 2.0 5.0
7 Cengkeh rusak - Negatif Negatif Negatif
8 Kadar air (bobot/bobot)
maks. % 14.0 14.0 14.0
9
Kadar minyak atsiri (vol/bobot) kering mutlak min.
% 20.0 18.0 16.0
Sumber : DSN (1994).
Bahan asing adalah semua bahan yang bukan berasal dari bunga cengkeh. Cengkeh inferior adalah cengkeh keriput, patah, dan telah dibuahi.
Cengkeh rusak adalah cengkeh jamuran dan telah diekstraksi. Minyak atsiri adalah minyak essensial yang terdapat pada tumbuhan dengan komponen volatile (mudah menguap) dan memberikan aroma yang khas (harum) pada setiap tumbuhan. Menurut Ketaren (1979) dalam Wulandani (2005), pada tanaman tertentu seperti : vanili, cengkeh, peppermint, kayu cendana, kayu manis, dan akar kayu wangi, aroma khas minyak atsiri dari tanaman tersebut baru akan muncul setelah bahan dikeringkan.
Menurut Shirtleff dan Aoyagi (1984) dalam Zulchi dan Nurul (2002), minyak atsiri diperoleh dari tanaman dengan cara penyulingan uap atau suatu hasil reaksi hidrolisis bahan tanaman yang mudah menguap dari kandungan senyawa esensi tanaman itu. Ketidaktepatan pemilihan sistem dan jenis bahan
rendah, mudahnya rancid (tengik) dan kemurnian minyak berubah (campuran).
Menurut Dewanti, dkk (2000) dalam Zulchi dan Nurul (2002), pengolahan yang tidak tepat telah menjadikan mutu minyak atsiri menjadi menyimpang dengan terjadinya reaksi oksidasi dan hidrolisis. Yang mana senyawa-senyawa oksidator dan air telah menyebabkan reaksi dengan minyak atsiri tersebut sehingga berakibat minyak akan mudah mengalami rancid dan aroma tidak sedap.
Lama pengeringan mempengaruhi kadar eugenol dalam minyak cengkeh dan volume minyak cengkeh hasil destilasi bunga kuncup. Berbeda dengan bunga kuncup, lama pengeringan tidak mempengaruhi kadar eugenol dan volume minyak cengkeh dari bunga mekar.
Menurut Darjo dalam Cut (1977), daya mengisap air cengkeh Indonesia lebih rendah dari daya mengisap air cengkeh yang berasal dari Zanzibar. Daya mengisap air ini sangat erat hubungannya dengan kandungan gelatin dalam bunga cengkeh dan disamping itu juga dipengaruhi oleh suhu pengeringan bunga cengkeh tersebut. Komposisi kimiawi bunga cengkeh dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Komposisi kimiawi bunga cengkeh.
Komponen Bunga cengkeh
dari Indonesia*)
Bunga cengkeh dari Zanzibar**)
Kadar air 7.6-12.0 5.0-8.3
Kadar abu 4.7-6.2 5.3-7.6
Kadar minyak atsiri 14.5-21.1 14.0-21.0
Kadar fixed oil dan resin 8.2-12.8 5.0-10.0
Kadar protein 0.9-3.7 5.0-7.0
Kadar serat kasar 10.1-14.8 6.0-18.0
Kadar tannin - 10.0-18.0
Sumber : *) Anonymous (1988).
**) Thorpe (1939).
Cengkeh merupakan tanaman rempah yang termasuk dalam komoditas dari sektor perkebunan yang mempunyai peranan cukup penting antara lain sebagai penyumbang pendapatan negara, penyerap tenaga kerja, penyumbang
pendapatan petani, sarana untuk pemerataan wilayah pembangunan serta turut serta dalam pelestarian sumber daya alam dan lingkungan. Kegunaan cengkeh sebagai bahan baku rokok kretek merupakan andalan bagi pemerintah sebagai salah satu sumber penerimaan negara dalam bentuk pita cukai dan penyerapan tenaga kerja.
B. Pengolahan Bunga Cengkeh
Produk utama tanaman cengkeh adalah bunganya yang pada waktu dipanen mempunyai kadar air antara 60%-70%. Sebagian besar bunga cengkeh digunakan dalam bentuk kering yaitu untuk campuran di dalam pembuatan rokok kretek dan sebagai bumbu masak. Proses pengolahan bunga cengkeh sampai mendapatkan bunga cengkeh yang kering melalui beberapa tahap, yaitu panen, perontokan (pemisahan gagang dan bunga), pemeraman, pengeringan, dan sortasi.
1. Panen
Menurut Hadiwijaya (1983) dalam Nugroho (2002), cengkeh pada umumnya berbunga pada bulan Mei-Juli. Namun di beberapa daerah, cengkeh dapat dipanen pada bulan Oktober-Desember. Waktu yang paling baik untuk memungut bunga cengkeh adalah sekitar enam bulan setelah bakal bunga timbul, yaitu setelah satu atau dua bunga pada tandan mekar dan berwarna kuning kemerahan. Waktu panen ini sangat berpengaruh terhadap rendemen minyak cengkeh.
Panen yang terlalu awal yaitu sebelum bunga masak akan menyebabkan bunga cengkeh berkerut, rendemen rendah, dan berbau langu. Disamping itu hal ini akan menurunkan produksi tanaman pada tahun berikutnya. Sebaliknya panen yang terlalu lambat dimana bunga sudah mekar, setelah dikeringkan akan diperoleh bunga cengkeh dengan mutu yang rendah, tanpa kepala, dan rendemen yang rendah pula.
2. Penanganan bunga sebelum pengeringan
Sebelum dikeringkan, bunga dilepaskan dari tangkainya dan dikeringkan secara terpisah. Pada tahap ini dilakukan pula pemisahan antara bunga cengkeh yang baik, bunga yang terlalu tua, dan yang terjatuh.
Setelah itu, bunga cengkeh harus segera dikeringkan karena jika dibiarkan terlalu lama maka hasil akhir menjadi kurang baik, bunga cengkeh kering bewarna keputih-putihan, dan berkerut yang biasa dinamakan ”khoker clove”.
Menurut Wulandani (2005), pemeraman atau fermentasi boleh dilakukan atau tidak dalam pengolahan bunga cengkeh. Hasil pengolahan bunga cengkeh yang didahului dengan pemeraman akan berwarna hitam tetapi jika langsung dijemur, akan menghasilkan bunga cengkeh berwarna coklat. Namun demikian, pemeraman sebelum pengeringan akan mempersingkat waktu pengeringan. Tirtosastro dan Nurdjannah (1987) menyatakan bahwa makin lama waktu dan makin tinggi suhu pemeraman akan menurunkan kadar minyak, eugenol, dan menjadikan cengkeh kering lebih tua warnanya.
3. Pengeringan bunga cengkeh
Pengeringan cengkeh dapat dilakukan dengan dua cara yaitu cara tradisional dengan menjemurnya di panas matahari langsung dan dengan menggunakan pengering buatan (artificial dryer). Masing-masing cara memiliki keuntungan dan kerugian, namun dengan menggunakan pengering buatan dapat mengurangi risiko ketergantungan pada cuaca.
Pengeringan dengan sinar matahari tergantung dari cuaca sehingga jika cuaca kurang baik, pengeringan akan berjalan sangat lambat.
Waktu pengeringan yang terlalu lama akan menghasilkan bunga kering dengan mutu yang rendah dan kadar minyak rendah (Guenther, 1950). Sebagian produsen cengkeh berpendapat bahwa pengeringan bunga cengkeh yang dilakukan sepenuhnya oleh alat pengering buatan hasilnya kurang disenangi sehingga ada yang mengkombinasikan pengering buatan dengan penjemuran, terutama pada perkebunan besar.
Pengeringan dengan alat buatan adalah untuk menghindarkan kerusakan bunga karena pengeringan yang terlalu lama yaitu dengan menurunkan kadar airnya + 30%. Kemudian jika cuaca baik maka pengeringan diteruskan dengan penjemuran. Pada proses penjemuran, cengkeh harus dibalik-balik supaya kering merata.
Balittro telah mengadakan penelitian pengeringan bunga cengkeh dengan menggunakan KPES (Kamar Pengering Enersi Surya). Enersi surya yang digunakan berasal dari sinar matahari dan tungku pemanas (Nurdjannah dan Kadarisman, 1988). Ternyata kadar air cengkeh yang dikeringkan dengan KPES lebih kecil dengan kadar air cengkeh hasil penjemuran.
Bunga cengkeh yang ditangani dan dikeringkan dengan baik akan menghasilkan bunga cengkeh kering dengan mutu yang baik yang ditandai dengan bentuknya yang utuh, warna coklat kemerah-merahan, mengkilat serta bebas dari bau apek dan jamur. Cengkeh yang cukup kering akan patah kalau dipatahkan dengan jari tangan.
4. Penyimpanan
Setelah penanganan dan pengeringan bunga cengkeh berjalan baik sesuai dengan ketentuan, maka hasilnya dapat dikemas dan disimpan dalam ruang yang kering tanpa memperlihatkan kerusakan yang berarti, kecuali sifat mengkilatnya yang menghilang. Bunga cengkeh kering biasa dikemas dalam karung goni dan sebaiknya disimpan dalam ruang yang bersih, kering, dan dengan ventilasi yang baik. Penumpukan bahan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan fisik.
Menurut Purseglove (1981), selama penyimpanan bunga kering, sebagian dari minyak atsiri akan hilang karena menguap yang kecepatannya tergantung dari keadaan fisik cengkeh tersebut dan temperatur penyimpanannya.
C. Pengeringan
Menurut Suharto (1991) dalam Afrianti (1995) dalam Nugroho (2002), pengeringan pada dasarnya merupakan proses pemindahan kandungan air bahan hingga mencapai kandungan tertentu agar kecepatan kerusakan bahan pangan dapat diperlambat. Beberapa kendala yang berpengaruh diantaranya adalah suhu dan kelembaban udara lingkungan, kecepatan aliran udara pengering, besarnya persentase kandungan air yang ingin dijangkau, energi pengeringan, efisiensi alat pengering, dan kapasitas pengeringannya.
Menurut Brooker et al. (1974), proses pengeringan merupakan proses penurunan kadar air bahan sampai mencapai batas akhir kadar air tertentu sehingga dapat memperlambat laju kerusakan biji-bijian akibat aktivitas biologis dan kimia. Pengeringan memiliki arti yang penting dalam industri bahan pangan, pengawetan bahan, maupun pengamanan hasil pertanian.
Keuntungan utama dari proses pengeringan adalah bahan lebih tahan lama disimpan pada suhu ruang karena faktor penting dalam proses penurunan mutu bahan pangan yaitu mikroba dan enzim dapat diatasi akibat berkurangnya kandungan air dalam bahan. Ada dua hal penting yang terjadi selama proses pengeringan, yaitu pindah panas dari media pengering ke bahan untuk mengatasi panas laten penguapan dan pindah massa (uap air) dari bahan ke media pengeringan.
Proses pengeringan dapat dibagi menjadi dua periode yaitu periode dengan laju pengeringan tetap dan periode dengan laju pengeringan menurun (Henderson dan Perry, 1955). Menurut Brooker et al. (1974), laju pengeringan tetap terjadi pada awal proses pengeringan bagi produk biologis dengan kadar air awal lebih besar dari 70% (wet basis) dan merupakan fungsi dari suhu, kelembaban, dan kecepatan udara pengering.
Pada periode laju pengeringan tetap, air yang diuapkan adalah pada permukaan bahan yang relatif bebas. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeringan tetap yaitu kelembaban relatif (RH), kecepatan aliran udara, suhu udara, dan luas permukaan bahan.
Periode pengeringan dengan kecepatan menurun berlangsung setelah periode pengeringan dengan kecepatan tetap mencapai kadar air kritis, saat dimana kecepatan aliran air bebas dari dalam bahan ke permukaan sama dengan kecepatan pengambilan uap air maksimum dari bahan. Kadar air kritis tergantung dari jenis dan ketebalan bahan.
Menurut Hall (1980) dalam Nugroho (2002), periode pengeringan dengan kecepatan menurun terutama dipengaruhi oleh difusi air dari bahan ke permukaan bahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeringan dengan kecepatan menurun adalah sifat alamiah dari bahan, ketebalan bahan, suhu bahan, dan tingkat kadar air.
Jenis bahan yang akan dikeringkan dan hasil kering dari bahan yang diinginkan mempengaruhi pemilihan alat dan kondisi pengeringan yang akan dipergunakan. Kondisi pengeringan untuk setiap bahan tidaklah sama satu dengan lainnya karena ikatan air dan jaringan ikatan dari bahan tersebut berbeda. Bahan dengan kandungan air tinggi memerlukan waktu pengeringan yang lebih lama dibandingkan bahan dengan kadar air rendah.
Menurut Kamaruddin et al. (1994), berdasarkan proses penguapan air, proses pengeringan terbagi menjadi tiga macam yaitu :
1. Panas diberikan karena kontak langsung dengan udara panas pada tekanan atmosfer dan uap air yang terbentuk juga dipindahkan oleh udara.
2. ”Vacuum drying” dimana evaporasi air berlangsung lebih cepat pada tekanan rendah dan panas yang diberikan oleh dinding logam secara konduksi dan radiasi.
3. ”Freeze drying” dimana air diuapkan dari bahan yang membeku dan panas diberikan secara radiasi dan konduksi.
Pada umumnya dikenal dua cara pengeringan, yaitu pengeringan alamiah dengan sinar matahari dan pengering buatan dalam mesin-mesin mekanik dengan proses pengendalian iklim dalam ruangan (lingkungan mikro). Pengeringan alamiah memiliki keuntungan dan kerugian.
Keuntungannya yaitu biaya operasional rendah, tidak memerlukan tenaga ahli, dan alat yang digunakan sederhana. Kerugiannya yaitu kepekaan produk terhadap panas, hilangnya flavor, perubahan struktur bahan serta kerusakan akibat mikroorganisme.
Menurut Sutijahartini (1985), pengeringan dengan alat pengering buatan akan mendapatkan hasil seperti yang diharapkan asalkan kondisi pengeringan dipilih dengan benar dan selama pengeringan dikontrol dengan baik. Pengontrolan suhu dan waktu pengeringan dilakukan dengan mengatur kontak alat pengering tersebut dengan alat pemanas, seperti udara panas yang dialirkan ataupun alat pemanas yang lainnya. Suhu pengeringan akan mempengaruhi kelembaban udara di dalam alat pengering dan kecepatan pengeringan untuk bahan tersebut. Pada kelembaban udara yang cukup tinggi,
maka kecepatan penguapan air dari bahan akan lebih lambat dibandingkan dengan pengeringan pada kelembaban yang rendah.
Udara mengambil peranan yang cukup penting dalam proses pengeringan bahan, diantaranya yaitu mengambil air di daerah penguapan, menghantarkan panas ke dalam bahan yang dikeringkan, sumber zat pembakar, dan tempat membuang uap yang telah diambil dari tempat pengeringan.
Air pada suatu bahan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas adalah air yang berada di bagian permukaan sedang air terikat adalah air yang berada di dalam bahan dan biasanya lebih sulit untuk keluar daripada air bebas. Kadar air suatu bahan menunjukkan jumlah air yang dikandung bahan tersebut, baik berupa air bebas maupun air terikat (Henderson dan Perry, 1976).
Kadar air hasil pertanian yang tinggi sangat cocok bagi kehidupan serta perkembangan bakteri dan jamur. Jika kadar air diturunkan menjadi sekitar 25%, bakteri tidak dapat bertahan dan reaksi enzimatis dapat berkurang sangat nyata. Pada tingkat kadar air 15%, jamur akan sulit untuk hidup dan berkembang.
Menurut Sutijahartini (1985), untuk menyatakan kadar air suatu bahan digunakan dua cara, yaitu kadar air berdasarkan bahan kering dan kadar air berdasarkan bahan basah. Kadar air kering yaitu jumlah air yang diuapkan per berat bahan setelah pengeringan. Kadar air basah dinyatakan sebagai jumlah air yang diuapkan per berat bahan sebelum pengeringan. Jumlah air yang diuapkan adalah berat bahan sebelum pengeringan dikurangi berat bahan setelah pengeringan.
Bahan basah di dalam alat pengering akan mengalami penguapan pada seluruh permukaan. Pada suatu saat penguapan ini akan terhenti karena molekul-molekul air yang belum diserap dari bahan sama jumlahnya dengan molekul-molekul air yang diserap oleh permukaan bahan basah tersebut.
Keadaan ini dikatakan sebagai keadaan keseimbangan antara penguapan dan pengembunan. Kadar air bahan dalam keadaan keseimbangan ini dikatakan sebagai kadar air keseimbangan (Sutijahartini, 1985).
Hall (1957) dalam Nugroho (2002) membedakan kadar air keseimbangan menjadi dua yaitu kadar air keseimbangan dinamis dan kadar air keseimbangan statis. Kadar air keseimbangan statis didapat dari sistem dengan bahan dan udara pengering dalam keadaan diam. Sedangkan kadar air keseimbangan dinamis diperoleh dari sistem dengan bahan dan atau udara pengering dalam keadaan bergerak.
Bahan yang kering dengan kadar air lebih rendah daripada kadar air keseimbangan akan menyerap air sehingga tercapai keseimbangan, sedangkan bahan basah kadar air lebih tinggi daripada kadar air keseimbangan. Selain tergantung kepada suhu, keseimbangan kadar air ini tergantung juga pada kelembaban nisbi dan macam bahan yang dikeringkan.
D. Mesin Pengering
Terdapat berbagai macam mesin pengering. Pengelompokan mesin pengering dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Pengelompokan mesin pengering.
Kriteria Jenis
Modus operasi Curah
Kontinyu
Jenis masukan panas
Konveksi, konduksi, radiasi, medan elektromagnetik, pindah panas kombinasi Intermitten dan kontinyu
Adiabatik dan tak adiabatik Keadaan bahan dalam mesin pengering Diam
Bergerak, diaduk, disebar
Tekanan operasi Vakum
Tekanan atmosfir
Media pengeringan (konveksi)
Udara
Uap super jenuh Gas-gas panas
Suhu pengeringan
Dibawah suhu didih Diatas suhu didih Dibawah titik beku
Kriteria Jenis Gerak nisbi antara media pengering dan
padatan yang dikeringkan
Searah
Berlawanan arah
Jumlah tahapan
Campuran Tunggal Multi tahap
Waktu bahan dalam mesin pengering
Singkat (< 1 menit) Sedang(1-60 menit) Panjang (> 60 menit) Sumber : Devahastin (2001).
Pengering curah dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : 1. Lapisan
a. Persentuhan (jenis konduktif atau tak langsung), diantaranya yaitu rak vakum, bed teragitasi, dan curah berputar.
b. Konvektif, diantaranya yaitu rak atmosferik.
c. Jenis khusus, diantaranya yaitu gelombang mikro, beku, dan surya.
2. Dispersi
a. Fluidized bed/spouted bed b. Pengering bak getar
Pengering kontinyu dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : 1. Lapisan
a. Konduksi, diantaranya yaitu drum, lempeng, vakum, bed teragitasi, rotari tak langsung.
b. Konvektif, diantaranya yaitu terowongan, spin-flash, throughflow, dan konveyor.
c. Jenis khusus, diantaranya yaitu gelombang mikro, frekuensi radio, beku, dan surya.
2. Dispersi
a. Fluidized bed b. Bak getar c. Rotari langsung d. Ring
e. Semprot
f. Jet-zone.
Pengering berdasarkan bentuk fisik bahan umpan terdiri dari : 1. Pengering untuk padatan partikulat dan butiran
a. Pengering tipe rak
Pengering tipe rak terdiri dari pengering tipe rak jenis curah dan kontinyu. Pada pengering tipe rak jenis curah, satu atau beberapa kumpulan tipe rak yang ditempatkan pada ruang terinsulasi dimana udara panas dialirkan oleh kipas dan kisi-kisi pemandu yang dirancang sesuai dengan keperluan. Seringkali sebagian dari udara buang diedarkan kembali oleh sebuah kipas yang ditempatkan di dalam atau di luar ruang pengering. Pengering ini membutuhkan sejumlah pekerja untuk membongkar muat produk. Kunci keberhasilan operasi pengeringan ini adalah keseragaman aliran udara pengering pada rak- rak tersebut karena rak dengan waktu pengeringan terlama merupakan penentu lama pengeringan keseluruhan yang dibutuhkan, yang selanjutnya menentukan kapasitas pengeringan. Pengering tipe rak memiliki kapasitas yang besar dan mudah dalam pengoperasiannya.
Meskipun demikian, rak-rak pada pengering tipe rak ini dapat menyebabkan distribusi udara yang kurang baik dan menurunkan kinerja pengeringan.
Pada pengering tipe rak jenis kontinyu (pengering turbo), rak tersusun membujur dan dilekatkan pada suatu batang vertikal. Udara panas dialirkan ke ruang pengering dengan kipas turbin. Produk yang dimasukkan pada tingkat pertama diatur tinggi tumpukannya oleh sekumpulan pisau tak bergerak, setelah satu putaran, bahan akan terjatuh habis jatuh ke tingkat dibawahnya oleh pisau terakhir. Pada rancangan yang dimodifikasi, rak dapat dipanaskan secara konduksi dan divakumkan untuk mengeluarkan uap air.
b. Pengering rotari
Pengering rotari tipe curah (cascade) adalah pengering kontak langsung yang beroperasi secara kontinyu dan terdiri atas cangkang silinder yang berputar perlahan serta biasanya dimiringkan beberapa
derajat dari bidang horizontal untuk membantu perpindahan umpan basah yang dimasukkan pada ujung atas drum. Bahan kering dikeluarkan dari ujung bawah. Media pengering mengalir secara aksial melewati drum searah atau berlawanan arah dengan aliran produk.
Pengering rotari sangat fleksibel, berkemampuan tinggi dan khususnya untuk kebutuhan laju produksi yang tinggi. Sisi negatifnya yaitu pengering ini kurang efisien, memerlukan biaya modal yang tinggi, biaya pemeliharaan yang besar tergantung jenis bahan yang dikeringkan. Pengering ini tidak cocok untuk bahan yang mudah pecah.
Pengering rotari vakum adalah pengering yang sama sekali berbeda dari kebanyakan pengering rotari kontinyu yang beroperasi pada tekanan atmosfir. Pada pengering ini, cangkang silindris berada dalam keadaan diam sedang sekumpulan pisau agitator berputar pada batang pusat untuk mengaduk bahan yang ada dalam cangkang pengering. Panas disediakan dengan memanaskan jaket cangkang dengan uap panas yang dikondensasi atau menggunakan fluida termal.
Pengering ini berguna untuk menangani bahan yang sensitif panas, yang mengering pada suhu rendah karena kondisi vakum.
c. Pengering beku
Pengering beku digunakan untuk padatan yang sangat sensitif panas. Operasi pengeringan ini membutuhkan biaya yang tinggi.
Pengeringan terjadi dibawah titik tripel cairan dengan menyublimkan air beku menjadi uap, yang kemudian dikeluarkan dari ruang pengering dengan pompa vakum mekanis atau ejector jet uap panas.
Umumnya pengeringan beku menghasilkan produk bermutu paling tinggi dibandingkan dengan teknik dehidrasi lain.
Pengering beku rak sederhana merupakan jenis pengering beku yang paling banyak digunakan. Pada pengering beku rak sederhana, panas sublimasi disediakan melalui konduksi dari dasar rak.
Tekanan vakum umumnya dibawah 25 Pa dengan suhu kondensor berkisar -40°C. Pemanas mulai pada suhu yang tinggi dan berangsur
menurun sejalan dengan waktu, sesuai dengan jadwal yang ditentukan secara empiris menuju suhu yang lebih rendah. Pengering multi-batch digunakan untuk menangani beban yang hampir sama pada seluruh sistem sepanjang siklus pengeringan yang tumpang tindih. Pengering beku terowongan merupakan kabinet vakum yang besar, troli pembawa rak dimasukkan secara berselang melalui pengunci vakum pada salah satu ujung terowongan. Produk yang dikeringkan dikeluarkan dari ruang pengering melalui pengunci vakum di ujung lainnya. Uap panas bertekanan rendah digunakan untuk memanaskan lempeng-lempeng tempat meletakkan rak.
d. Pengering vakum
Pengering vakum sesuai untuk padatan yang berbentuk butiran. Pengering ini lebih mahal dibandingkan pengering bertekanan atmosfir tetapi sesuai untuk bahan yang sensitif panas dan memerlukan pemulihan pelarut atau jika ada risiko kebakaran dan ledakan.
Pencampur berbentuk kerucut tunggal atau ganda dapat diterapkan untuk pengeringan dengan pemanasan selimut bejana dan pemakuman untuk mengeluarkan uap air. Pengering vakum jenis pedal cocok untuk bahan seperti lumpur sedangkan pengering vakum jenis sabuk cocok untuk bahan berbentuk pasta.
2. Pengering untuk bahan berbentuk bubur dan suspense a. Pengering jenis semprot
Pengering semprot digunakan secara komersial untuk pengeringan produk-produk agrokimia, bioteknologis, bahan-bahan kimia dasar dan berat, susu, zat pewarna, konsentrat mineral dan bahan farmasi, mulai dari kapasitas beberapa kg per jam hingga 50 ton per jam penguapan. Umpan cairan dapat diubah menjadi bentuk bubuk, butiran atau aglomerat dalam satu langkah operasi dalam pengering semprot. Umpan yang diatomisasi dalam bentuk percikan disentuhkan dengan gas panas dalam ruang pengering yang dirancang dengan baik.
b. Pengering drum
Pada pengering drum, umpan bubur dan pasta dikeringkan pada permukaan drum yang dipanaskan oleh uap panas dan berputar perlahan-lahan. Lapisan tipis pasta dilulurkan dengan berbagai cara.
Lapisan yang telah kering dikikis dan dikumpulkan dalam bentuk kerak (bukan bubuk). Suhu pengeringan dapat dikendalikan dengan baik, maka pengering drum dapat digunakan untuk menghasilkan hidrat murni dari suatu senyawa kimia, bukan hidrat campuran.
Operasi vakum pengering drum, baik jenis tunggal maupun ganda secara komersial digunakan untuk meningkatkan laju pengeringan pada bahan yang sensitif terhadap panas. Operasi ini juga digunakan jika diinginkan produk dengan struktur berpori dan jika pemulihan pelarut merupakan hal yang sangat penting.
3. Pengering untuk bahan berbentuk lembaran a. Pengering untuk lembaran kontinyu
Pengering konveksi, konduksi atau inframerah dapat digunakan untuk bahan lembaran kontinyu, akan tetapi pengering dengan mode kombinasi dari ketiganya seringkali lebih efisien. Pengering inframerah dapat merupakan radiator keramik yang dibakar dengan gas atau panel-panel yang dipanaskan dengan sumber listrik.
b. Pengering lembaran bentuk helaian
Bahan seperti kayu lapis atau chipboard membutuhkan waktu pengeringan yang cukup panjang. Jet impinging dapat digunakan untuk mengawali pemindahan air permukaan. Kadar air internal akan mempunyai laju pengeringan yang lebih rendah dan ini dapat dicapai dalam pengering terowongan dengan aliran media pengering secara paralel dan laju sedang.
c. Pengering untuk lembaran sangat tebal atau bentuk tak tentu
Pada pengering ini waktu pengeringan berkisar dari harian sampai bulanan. Pengeringan uap super panas pada kondisi vakum telah menunjukkan adanya peningkatan laju pengeringan serta mutu
produk. Hanya pengering yang beroperasi secara curah yang sesuai untuk kebutuhan waktu pengeringan selama ini.
d. Pengeringan bahan dalam bentuk wafer tipis
Pengering bahan dalam bentuk wafer tipis diantaranya yaitu konveyor kontinyu, pengering sirkulasi terowongan atau dengan pengering tumpukan impinging jet-fluidized. Pada pengering tumpukan impinging jet-fluidized, jet udara panas dikenakan pada lapisan tipis chips basah yang diangkut secara mekanis, pengeringan berlangsung dengan kecepatan tinggi jet seperti memfluidisasi bahan.
E. Pengering Efek Rumah Kaca
Energi panas matahari dialirkan ke bumi dalam bentuk radiasi yang merupakan gelombang pendek. Ciri khas radiasi surya adalah sifat keberadaannya yang selalu berubah-ubah. Meskipun hari cerah dan sinar surya tersedia banyak, nilainya sepanjang hari berubah dengan titik maksimum pada tengah hari karena bertepatan dengan jarak lintasan terpendek sinar surya menembus atmosfir (Kamaruddin et al., 1994).
Menurut Huang (1986) dalam Nugroho (2002), kolektor energi matahari tanpa alat pengkonsentrasi pada dasarnya merupakan sumber panas temperatur rendah. Karakteristik dari syarat musiman pengeringan komoditi pertanian menjadikan energi surya sesuai untuk pengeringan dan pengawetannya. Hasilnya sama baik dengan aplikasi pemanas tambahan dalam produksi komoditi pertanian karena pengeringan temperatur rendah mempertahankan mutu produk pertanian lebih baik daripada pengeringan temperatur tinggi. Huang dan Bowers (1977) dalam Nugroho (2002) memanfaatkan greenhouse untuk pengawetan tembakau.
Stoecker dan Jones (1992) dalam Nugroho (2002) menyatakan bahwa tujuan utama suatu sistem berenergi surya adalah mengumpulkan energi radiasi surya menjadi energi panas. Cara pengumpulan dan pengubahan energi surya dalam aplikasi pengeringan komoditi pertanian ada tiga, yaitu penjemuran, menempatkan komoditi pertanian dibawah bahan kaca, dan
meletakkan komoditi pertanian dalam wadah yang juga berfungsi sebagai penyerap panas.
Pada penjemuran, bahan dihamparkan dan terkena sinar matahari secara langsung. Pada penempatan komoditi pertanian dibawah bahan kaca, bahan kaca tertembus gelombang pendek sinar matahari tetapi tidak tertembus oleh gelombang panjang inframerah sehingga menimbulkan efek rumah kaca.
Pada peletakkan komoditi pertanian dalam wadah yang juga berfungsi sebagai penyerap panas, panas yang dikonversikan terperangkap dalam penutup.
Secara sinambung, penggunaan panas dipindahkan melalui putaran lambat penyerap panas dan dihantarkan ke komoditi pertanian.
Menurut Wulandani (2005), istilah pengering efek rumah kaca pertama kali diperkenalkan oleh Kamaruddin et al. (1994), terdiri dari bangunan berdinding transparan, dilengkapi dengan plat hitam sebagai pengumpul panas (kolektor surya) di dalamnya.
F. Heater
Menurut Kamaruddin et al. (1994), energi listrik dapat dikonversikan menjadi energi panas dengan menggunakan elemen atau unsur pemanas (heating element). Komponen mesin untuk pemanas ini biasanya disebut pemanas listrik. Umumnya kawat-kawat dengan penampang sirkular (strip) atau berbentuk pita (ribbon) banyak dipakai sebagai elemen pemanas.
Pemanas listrik digunakan secara luas dan ekstensif unuk aplikasi domestik dan industri. Dalam bidang agroindustri, pemanas listrik digunakan untuk proses pengeringan dan pemanasan.
Sesuai dengan penggunaan mesin maka transfer energi panas dapat dilakukan secara radiasi, konveksi atau konduksi. Dalam mesin tertentu kadang-kadang diperlukan sirkulasi udara untuk memperoleh pemanasan yang merata karena itu dalam mesin diperlukan kipas atau blower. Untuk mengatur suhu dapat dilakukan dengan menggunakan thermostat. Thermostat adalah suatu alat yang bisa mengatur sendiri untuk membuka dan menutup hantaran dan aliran listrik berdasarkan perubahan suhu. Thermostat yang dipakai untuk mengatur suhu ada yang memakai komponen bimetal, thermokopel atau
bellow unit sensing bulb. Selain itu, pengaturan suhu dapat juga menggunakan rangkaian elektronik dengan menggunakan sensor suhu (Kamaruddin et al., 1994).
G. Hasil-Hasil Penelitian sebelumnya tentang Pengeringan Cengkeh
Pada penelitian yang dilakukan oleh Argo (1984) digunakan pengering tipe rak. Energi yang digunakan adalah energi listrik dan energi termal yang berasal dari bahan bakar minyak tanah. Kadar air cengkeh turun dari 70% bb menjadi 14% bb selama 19 jam-29 jam. Laju pengeringan rata-rata antara 8.52% bk/jam-15.2% bk/jam. Ketika kapasitas bahan 25 kg, suhu rak bagian atas lebih besar dari rak bagian tengah dan bawah sebab hembusan kipas yang terlalu besar. Pada kapasitas bahan 27.7 kg, pada hari pertama suhu rak bagian bawah lebih besar dari rak bagian atas dan tengah. Pada pengeringan hari kedua, suhu rak bagian atas lebih besar dari rak bagian tengah dan bawah.
Hasil penelitian tentang pengeringan cengkeh menggunakan pengering mekanis tipe rak yang dilakukan oleh Sukiman (1985) yaitu kadar air cengkeh rata-rata turun dari 73.3% bb menjadi 12.6% bb. Lama pengeringan untuk perlakuan rak dipindah-pindah berkisar antara 19 jam-29 jam sedangkan untuk perlakuan rak tetap adalah selama 16 jam. Laju pengeringan rata-rata pada perlakuan rak dipindah-pindah berkisar antara 8.52% bk/jam-15.2% bk/jam sedangkan untuk perlakuan rak tetap adalah 17.865% bk/jam. Suhu rak selama pengujian pada perlakuan rak dipindah-pindah tidak menunjukkan perbedaan sedangkan untuk perlakuan rak tetap terdapat adanya perbedaan suhu dengan suhu masing-masing 53.185ºC, 55.391ºC, dan 56.671ºC pada akhir pengeringan. Kadar air akhir rata-rata yang diperoleh pada pengeringan dengan perlakuan rak dipindah-pindah sebesar 14.11% bb sedangkan pada perlakuan rak tetap sebesar 12.05% bb. Energi yang digunakan oleh mesin pengering ini adalah energi listrik dan energi termal yang berasal dari bahan bakar minyak tanah.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Handoyo (1987) digunakan pengering cengkeh tipe kolektor surya datar dengan bola kaca penyerap panas.
Kolektor mampu menaikkan suhu udara antara 5ºC-29.3ºC diatas suhu sekitar
dengan fluktuasi suhu relatif besar. Efisiensi total kolektor sebesar 83.2%.
Kolektor yang dirancang mampu menurunkan kadar air cengkeh sebanyak 11.85 kg dari 58.32% bb menjadi 13.93% bb.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Taruna (1993) digunakan pengering tipe lemari hibrid energi surya dan listrik. Pada pengering ini digunakan kolektor datar. Ruang pengering berisi rak-rak pengering yang diletakkan agak miring. Kadar air cengkeh seberat 48.9 kg turun dari 72.8%
bb menjadi 12.93% bb. Kadar air cengkeh seberat 45.8 kg turun dari 73.6% bb menjadi 13.01% bb. Kadar air cengkeh seberat 45.7 kg turun dari 73.1% bb menjadi 12.78% bb. Energi yang dibutuhkan untuk pengeringan selama percobaan berkisar antara 2 401 146 kJ-2 497 191.85 kJ. Efisiensi pengeringan dari beberapa percobaan yang dilakukan berkisar antara 13.32%-15.60%.
Hasil penelitian tentang pengeringan cengkeh menggunakan pengering efek rumah kaca tipe rak yang dilakukan oleh Nugroho (2002) yaitu pada percobaan pertama, kadar air cengkeh seberat 10 kg turun dari 75.9% bb menjadi 12.6% bb selama 96 jam non stop. Laju penurunan rak depan sebesar 3.61% bk dan rak belakang sebesar 3.8% bk. Hal ini disebabkan karena letak rak belakang lebih dekat dengan kipas radiator. Pada percobaan kedua, kadar air cengkeh seberat 12 kg turun dari 73.36% bb menjadi 12.6% bb selama 76 jam non stop. Laju penurunan rak selatan sebesar 4.5% bk dan rak utara sebesar 4.18% bk. Hal ini disebabkan karena pada siang hari, rak bagian utara terhalang oleh plat seng. Pada malam hari, rak bagian selatan mendapatkan panas dari pemanas air melalui radiator dan pemanas arang, sedangkan rak utara hanya mendapatkan panas dari pemanas air melalui radiator.
Pada percobaan ketiga, kadar air cengkeh seberat 32 kg turun dari 74.5% bb menjadi 13% bb selama 115 jam non stop. Secara umum penurunan berat pada rak bagian atas lebih besar dibandingkan dengan rak-rak yang ada di bawahnya. Energi yang digunakan oleh mesin pengering ini yaitu energi surya, energi listrik serta energi biomassa yang berasal dari kayu kopi dan arang kayu. Konsumsi energi untuk menguapkan 1 kg uap air dari produk yaitu 194 995.47 kJ/kg.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Ratnawati (2003) digunakan pengering efek rumah kaca tipe rak. Energi yang digunakan adalah energi surya dan energi listrik. Suhu pada masing-masing rak tidak seragam dengan nilai 46.9ºC untuk rak 1, 39.6ºC untuk rak 2, dan 38.5ºC untuk rak 3. Efisiensi pengeringan yang dihasilkan adalah 63.16%. Penurunan kadar air dan laju pengeringan pada masing-masing rak tidak seragam yaitu 5.531% bk/jam untuk rak 1, 3.442% bk/jam untuk rak 2, dan 3.442% bk/jam untuk rak 3.
Konsumsi energi untuk menguapkan 1 kg uap air dari produk yaitu 16 516.68 kJ/kg.
Hasil penelitian tentang pengeringan cengkeh menggunakan pengering efek rumah kaca tipe rak yang dilakukan oleh Wulandani (2005) yaitu kadar air cengkeh seberat 39 kg turun dari 68.4% bb menjadi 12% bb pada percobaan pertama. Pada percobaan kedua, kadar air cengkeh seberat 80 kg turun dari 72% bb menjadi 12% bb. Pada percobaan ketiga, kadar air cengkeh seberat 80 kg turun dari 72.8% bb menjadi 12% bb. Waktu pengeringan pada percobaan pertama, kedua, dan ketiga masing-masing yaitu 51 jam, 61 jam, dan 45 jam.
Perbedaan suhu udara pengering antar rak di dalam ruang pengering terutama terjadi pada siang karena pengaruh radiasi surya yang langsung mengenai rak teratas. Perbedaan suhu ini menyebabkan perbedaan kadar air produk antar rak, yaitu sebesar 3.78% bb. Untuk mendapatkan efisiensi pengeringan serta mutu bunga cengkeh kering yang tinggi, suhu pengeringan cengkeh sebaiknya dipertahankan sebesar 48ºC, kapasitas produk yang dikeringkan adalah kapasitas maksimum pengering, dan tebal lapisan cengkeh 3 cm. Efisiensi pengeringan pada percobaan pertama, kedua, dan ketiga masing-masing yaitu 12%, 14.8%, dan 19.1%. Energi yang digunakan oleh mesin pengering ini yaitu energi surya, energi listrik, dan energi biomassa yang berasal dari bahan bakar arang kayu. Kebutuhan energi/kg air yang diuapkan pada percobaan pertama, kedua, dan ketiga masing-masing yaitu 23.3 MJ/kg, 18 MJ/kg, dan 16 MJ/kg.
