1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Daun stevia merupakan daun yang berasal dari tanaman stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) yang sudah banyak digunakan oleh masyarakat Paraguay sejak
ratusan tahun yang lalu sebagai bahan pemanis alami yang rendah kalori. Seluruh bagian tanaman stevia kecuali bagian akar mengandung glikosida yang dapat memberikan rasa manis namun akumulasi glikosida tertinggi terletak pada daun sehingga bagian tanaman yang dimanfaatkan untuk menjadi bahan pemanis adalah bagian daunnya. Daun stevia memiliki rasa manis karena mengandung senyawa seperti steviol glikosida dengan kemanisan hingga 200-300 kali lipat dari gula pasir.
Stevia tidak mengandung kalori sehingga membuatnya sebagai alternatif bahan pemanis alami dan cocok untuk penderita diabetes. Senyawa utama dari glikosida dalam daun stevia yaitu rebaudiosida A (reb A) yang memberikan rasa manis (Kinghorn, 1982).
Menurut Organisasi Kesehatan Dunia (WHO, 2014) diperkirakan lebih dari 1 milyar orang di dunia mengalami gangguan berat badan dan 400 juta diantaranya termasuk kategori obesitas. WHO mencatat sekitar 347 juta penduduk dunia mengalami diabetes pada tahun 2013. Data ini menunjukkan bahwa penderita diabetes di dunia termasuk di Indonesia mengalami peningkatan yang sangat tajam.
Berdasarkan hasil riset (Wild dkk, 2004) diperkirakan penderita diabetes di Indonesia meningkat dari 8,4 juta jiwa pada tahun 2000 menjadi 21,3 juta jiwa pada tahun 2030.
Stevia memiliki kelebihan sebagai pemanis alami tanpa kalori dan telah diuji aman untuk makanan serta minuman oleh Food Drug Administration Amerika Serikat pada tahun 2008. Permintaan gula stevia pada tahun 2013 mencapai 4.100 ton dengan nilai pasar US$ 304 juta (Zenith International, 2013). Permintaan gula stevia ini tidak ditunjang dengan teknologi yang memadai di Indonesia. Hal ini dikarenakan penelitian tentang gula stevia dihentikan sejak 1990-an sehingga teknologi untuk mengembangkan potensi gula stevia sangat terbatas. Indonesia hanya bisa memproduksi sekitar 3 ton daun kering/ha/tahun dengan kandungan reb A sebesar 2-3 % dan lebih sedikit dibandingkan negara-negara lain seperti India, Tiongkok, Peru yang mampu menghasilkan 5-6 ton daun kering/ha/tahun dengan kandungan reb A sebesar 8-10 %.
Pemanfaatan daun stevia dilakukan dengan cara direbus hingga mendidih kemudian disaring agar dihasilkan ekstrak stevia dan dikeringkan menjadi bubuk gula stevia. Proses pengeringan ekstrak stevia salah satunya menggunakan metode spray drying. Spray drying merupakan proses pengeringan untuk mengurangi kadar
air suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Prinsip spray dryer menggunakan proses atomisasi cairan untuk membentuk droplet, kemudian droplet yang terbentuk dikeringkan menggunakan udara panas
dengan suhu dan tekanan yang tertentu.
Pengeringan dengan menggunakan spray dryer dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain kondisi pengeringan seperti suhu udara pengering, laju pengumpanan bahan, debit udara pengering, kelembaban udara dan suhu lingkungan sekitar serta kondisi dari bahan seperti sifat bahan, jenis, dan carrier agent yang digunakan.
Kondisi-kondisi tersebut mempengaruhi tingkat keberhasilan dari proses pengeringan menggunakan spray dryer dan kualitas bubuk hasil pengeringan yang dilakukan. Parameter-parameter ini harus diperhatikan agar sesuai dengan proses pengeringan droplet sehingga dapat menghasilkan bubuk dengan kualitas yang baik.
Debit udara dan laju pengumpanan bahan merupakan parameter penting yang berpengaruh terhadap keberhasilan pengeringan dengan spray dryer. Debit udara pengering sangat menentukan kemampuan udara panas untuk mengeringkan produk yang dihembuskan ke dalam ruang pengering. Laju umpan bahan dapat menentukan seberapa besar energi pengeringan yang diperlukan untuk mengeringkan droplet dengan debit bahan yang berbeda-beda. Penelitian tentang pengaruh debit udara dan laju pengumpanan bahan dalam proses pengeringan menggunakan spray dryer di Indonesia belum terlalu banyak. Kondisi bahan juga menentukan dalam keberhasilan proses pengeringan dengan spray dryer dan salah satunya adalah penambahan carrier agenty yang bertujuan sebagai bahan pengikat dan pembawa material-material penting yang ada dalam bahan sehingga tidak menguap pada proses pengeringan berlangsung. Carrier agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah maltodekstrin DE 10-12.
Penelitian sebelumnya (Atika, 2015) telah mencoba pengeringan ekstrak daun stevia menggunakan spray dyer dengan atomizer tipe pneumatic. Metode ini masih memiliki kekurangan yaitu masih adanya pencampuran udara dari hembusan kompresor yang dapat menyebabkan suhu ruang chamber turun. Hal ini mengakibatkan energi pengeringan yang dibutuhkan semakin besar karena pasokan
udara panas menjadi lebih besar. Proses pengeringan ekstrak daun stevia menggunakan spray dyer dengan atomizer tipe pneumatic memilik kapasitas laju pengumpanan bahan yang rendah sehingga waktu pengeringan kurang efisien.
Produk bubuk yang dihasilkan masih memilki kualitas kurang optimal seperti kadar air bubuk masih 5-7%, nilai compressibility 25 – 35%, wettability masih relatif tinggi 800 – 1600s sehingga diperlukan metode pengeringan ekstrak gula stevia yang lebih baik.
Penelitian ini sebagai lanjutan penelitian sebelumnya dengan memodifikasi bagian atomizer dari tipe pneumatic menjadi tipe tekan. Metode ini diharapkan dapat memperbaiki dan dapat dibandingkan dengan metode yang sebelumnya.
Metode yang dilakukan diharapkan tidak ada lagi pencampuran udara kompresor dengan udara pengering sehingga proses pengeringan lebih efisien. Hal lain yang dapat dilakukan untuk menambah efisiensi waktu pengeringan yaitu laju pengumpanan bahan yang digunakan lebih besar namun harus diperhatikan juga besarnya energi pengeringan yang diperlukan sehingga dapat menghasilkan bubuk yang baik.
Sifat fisik bubuk yang dianalisa sebagai parameter kualitas produk antara lain kadar air, bulk density, wettability, kelarutan, derajat keputihan, rendemen, dan efisiensi produksi. Kadar air digunakan untuk mengetahui umur simpan dari produk bubuk yang dihasilkan. Bulk density digunakan untuk menentukan kualitas bubuk diharapkan memiliki rongga partikel yang lebih kecil dan tidak mudah dipadatkan.
Analisa wettability digunakan untuk menentukan seberapa cepat produk bubuk terdispersi dalam suatu pelarut. Kelarutan menunjukkan prosentase padatan yang
dapat larut kembali dalam suatu pelarut dimana semakin besar prosentase kelarutan maka produk bubuk yang dihasilkan semakin besar. Derajat keputihan menunjukkan tingkat kecerahan dari suatu produk bubuk. Rendemen menujukkan prosentase produk bubuk yang dihasilkan menggunakan spray dryer. Efisiensi produksi menunjukkan prosentase padatan bubuk kering yang dihasilkan dari proses pengeringan dengan spray dryer.
Penelitian tentang pengeringan ekstrak daun stevia di Indonesia masih belum diperhatikan. Informasi tentang parameter-parameter yang mendukung keberhasilan proses pengeringan suatu bahan pertanian dengan menggunakan spray dryer juga masih sedikit. Parameter yang mempengaruhi kualitas produk hasil
pengeringan stevia menggunakan spray dyer dengan atomizer tipe tekan antara lain suhu udara pengering, konsentrasi maltodekstrin, debit udara pengering dan laju pengumpanan bahan. Penelitian ini akan mengkaji pengaruh dari debit udara pengering dan laju pengumpanan bahan yang dapat mempengaruhi sifat fisik hasil pengeringan ekstrak daun stevia menggunakan spray dryer dengan atomizer tipe tekan.
1.2. Tujuan
Secara umum tujuan penelitian ini adalah mengkaji sifat fisik bubuk stevia yang dikeringkan menggunakan spray dryer dengan berbagai variasi debit udara pengering dan laju pengumpanan bahan. Hal- hal yang dikaji antara lain :
a) Pengaruh debit udara pengering laju pengumpanan bahan terhadap kualitas fisik hasil pengeringan yaitu kadar air produk akhir, bulk density (compacted
dan uncompacted), wettability, solubility, uji warna, dan kinerja alat pengering yaitu nilai rendemen serta efisiensi produksi bubuk.
b) Menentukan kombinasi antara debit udara pengering dan laju pengumpanan bahan yang optimal untuk operasi pengeringan ekstrak daun stevia menggunakan spray dryer dengan atomizer tipe tekan.
1.3. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian yang dilakukan antara lain :
a) Bagaimana pengaruh variasi laju pengumpanan bahan dan debit udara pengering terhadap sifat fisik hasil pengeringan ekstrak gula stevia (kadar air produk akhir, bulk density (compacted dan uncompacted), wettability, solubility, uji warna, nilai rendemen dan efisiensi produksi bubuk?
b) Berapakah laju pengumpanan bahan dan debit udara pengering yang optimal untuk menghasilkan kualitas hasil pengeringan dan kinerja alat yang baik?
1.4. Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian yang dilakukan antara lain :
a) Penelitian dilakukan dengan menggunakan alat spray dryer yang terdapat pada Laboratorium Teknik Pangan dan Pascapanen, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Gadjah Mada.
b) Bahan yang digunakan adalah ekstrak daun stevia dengan penambahan satu jenis carier agent yaitu maltodekstrin DE 10-12 dengan konsentrasi 25%.
c) Penelitian dilakukan dengan memodifikasi pompa feed dan ukuran nozzle dengan dimensi chamber tingginya 160 cm serta diameter 60 cm.
d) Pengambilan data dilakukan dengan variasi laju pengumpanan bahan 1,79 L/jam ; 2,10 L/jam serta variasi debit udara pengering variasi 16,68 L/s ; 18,06 L/s ; 18,71 L/s ; dan 19,30 L/s.
e) Analisa kualitas bubuk yang dilakukan hanya sebatas sifat fisik bahan seperti kadar air produk akhir, bulk density (compacted dan uncompacted), wettability, solubility, dan uji warna.
f) Kinerja alat ditentukan berdasarkan hasil perhitungan nilai rendemen dan efisiensi produksi.
1.5. Manfaat
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi ilmiah untuk penggunaan teknologi spray dryer dalam produksi ekstrak daun stevia menjadi bubuk gula stevia yang rendah kalori. Selain itu, hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai tolak ukur dalam penentuan perlakuan laju pengumpanan bahan dan debit udara pengering yang optimal agar efisiensi energi menjadi bagus sehingga dapat digunakan dalam pengeringan ekstrak daun stevia menggunakan spray dryer dengan atomizer tipe tekan.
