III. BAHAN DAN METODE
A. WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian mengenai penegempaan kakao ini dilaksanakan pada bulan Agustus sampai dengan bulan Oktober 2006. Sedangkan tempat penelitiannya berlokasi di Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia, Jember yang tepatnya di Laboratorium Rekayasa Alat dan Mesin Pengolahan. Laboratorium ini merupakan tempat dibuatnya rekayasa alat dan mesin pengolahan kopi kakao mulai dari proses pasca panen hingga pengolahan produk jadi. Selain itu dilingkungan laboratorium ini terdapat pabrik pupuk organic dan pabrik olahan makanan yang berasal dari bahan baku kakao serta kopi. pada pabrik olahan makanan tersebut penelitian banyak dilakukan.
B. BAHAN DAN ALAT
Bahan yang digunakan pada penelitian ini merupakan kakao jenis Bulk atau lindak. Diambil dari dua kebun yang berbeda, untuk kakao yang telah difermentasi menggunakan kakao dari perkebunan kakao di Glemor, Banyuwangi, sedangkan untuk kakao yang tidak difermentasi (sebagai kontrol pembanding) berasal dari perkebunan percobaan PUSLIT Kaliwining, Jember. Biji kakao ini kemudian diolah (Gambar 8) menjadi daging biji kakao (nib), pasta kakao kasar, dan pasta kakao halus sebagai variasi i bahan baku proses pengempaan (Gambar 9).
Sedangkan peralatan yang akan digunakan selama penelitian ini dilakukan adalah mesin penyangrai biji kakao, mesin pemisah nib, mesin pemasta kasar, mesin penghalus cokelat (refiner), mesin pengempa hidrolik, kako tester oven penyimpan bahan cokelat, timbangan digital, oven kadar air, cawan, gelas ukur, wadah tampung lemak, kantung pasta, stopwatch, kabel termokopel, komputer, data logger 20 saluran, amperemeter, tachometer, plastik penampung biji kakao, dan label.
Gambar 8. Proses mendapatkan bahan baku untuk pengempaan. Proses Penyangraian Biji Kakao Setelah Penyangraian Proses Pemisahan nib nib Proses Pemastaan Kasar Pasta Kakao Kasar Proses Penghalusan Pasta Pasta Kakao Halus Bahan Baku 1 Bahan Baku 2 Bahan Baku 3 Biji Kakao
Gambar 9. Daging biji (nib), pasta kasar, dan pasta halus.
C. PERLAKUAN
Perlakuan yang diberikan pada mesin pengempa hidrolik untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. kombinasi tingkat kekasaran bahan baku (biji kakao, pasta halus, dan pasta kasar);
2. kombinasi berat umpan (100, 200, 300, 400, 500, 750, dan 1000 g);
3. kombinasi suhu penyimpanan di oven selama 24 jam sebelum proses pengempaan dilakukan (suhu lingkungan, suhu 40°C dan suhu 45°C).
D.PENGAMATAN
Pengamatan yang dilakukan selama penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Kapasitas pengempaan
Dimana : KP = Kapasitas Pengempaan (g/menit) BKM = Berat Kakao Masuk (g/menit) t = Waktu Pengempaan (menit) 2. Gaya hidrolik maksimal yang diciptakan
KP = BM / t
Dimana : Fm = Gaya Mesin Pengempa (Newton) Pm = Tekanan Mesin Pengempa (Pascal)
As = Luas Permukaan Bidang Sentuh Tekan (m2)
3. Konsumsi energi a) Motor listrik satu fase
Dimana : KE = Konsumsi Energi (KWh) V = Tegangan (volt)
I = Arus (ampere) t = Waktu (jam) b) Motor listrik tiga fase
Dimana : KE = Konsumsi Energi (KWh) V = Tegangan (volt)
I = Arus (ampere) t = Waktu (jam)
4. Rendemen lemak hasil pengempaan
Dimana : Rl = Rendemen Lemak Yang Dihasilkan (%) Bl = Berat Lemak Yang Dihasilkan (g) Bin = Berat Input Kakao (g)
5. Suhu rata-rata ruang penyangraian
Pengamatan suhu ruang penyangraian di butuhkan untuk dapat menjaga kestabilan suhu yang diciptakan oleh mesin penyangrai agar kakao yang dihasilkan memiliki kualitas yang sama. Suhu ruang penyangraian diamati dengan mengunakan termokopel yang dihubungkan dengan sistem pencatat data fluke pada komputer. Titik pengukuran suhunya hanya pada ruang penyangraian saja.
KE = V x I x t
Rl = (Bl / Bin) x 100% KE = √3 (V x I x t)
E. METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode dekskriptif dengan analisa grafis. Metode ini menampilkan data dalam bentuk grafik kemudian menganalisanya. Penelitian ini terbagi dalam 2 tahap yaitu tahap penelitian pendahuluan dan tahap kedua merupakan penelitian utama.
Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mengetahui kareteristik bahan baku yaitu kakao lindak (Theobroma Cacao L) serta mengolah biji kakao menjadi bahan siap kempa. Penelitian pendahuluan terdiri dari mengukur kadar air, kadar kulit, kadar lemak, mutu biji kakao sebagai bahan baku olahan. Setelah itu penelitian pendahuluan dilanjutkan dengan proses penyangraian, proses pisah kulit, proses pemastaan kasar, dan proses pemastaan halus biji kakao.
Penelitian urtama merupakan penelitian yang berfungsi untuk mencari kondisi optimum dari proses pengempaan kakao yang dilakukan menggunakan mesin pengempa hidrolik. Penelitian utama ini dibagi menjadi tiga tahap penelitian yaitu:
Tahap I, penelitian yang bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum dari perbedaan jenis input yang hendak dikempa. Jenis input yang digunakan adalah nib kakao, pasta kasar, dan pasta halus. Kondisi terbaik yang diperoleh menjadi dasar tahap-tahap berikutnya.
Tahap II, penelitian yang mencari kondisi optimum dari perbedaan berat input yang hendak dikempa (100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000 g), dengan menggunakan jenis input sama yaitu hasil paling optimum dari penelitian utama tahap I. Kondisi optimum dari penelitian tahap II ini akan digunakan pada penelitian utama tahap III.
Tahap III, penelitian utama tahap akhir yang berfungsi untuk mengetahui kondisi paling optimum dari perbedaan suhu penyimpanan input, suhu yang digunakan untuk menyimpan input yaitu suhu 40°, 45°, dan suhu lingkungan. Hasil dari tahap ini merupakan kondisi optimum akhir dari proses pengempaan yang dilakukan yang terdiri dari perbedaan jenis input, berat input, dan suhu penyimpanan input.
1. Penelitian Pendahuluan
a) Mengukur kadar air biji kakao
Prinsip : pengurangan bobot selama 16 jam pengeringan dalam oven yang terkontrol pada suhu (103 ± 2)°C.
Prosedur pengukuran :
i. keringkan cawan dan tutupnya pada 103 ± 1º C selama 1 jam. Setelah itu cawan dan tutupnya didinginkan;
ii. timbang cawan dan tutupnya yang telah didinginkan catat sebagai nilai m0;
iii. ambil sampel kakao sebanyak 12 g, kemudian tumbuk selama kurang dari 1 menit sehingga ukurannya kurang dari 5 mm;
iv. ambil sampel kakao yang telah ditumbuk tadi sebanyak 10 g, masukan ke dalam cawan lalu ditutup kemudian ditimbang catat sebagai nilai m1;
v. masukkan cawan yang telah berisi sampel ke dalam oven yang telah dipanaskan pada suhu 103 ± 1ºC. setelah dimasukkan buka tutup cawan kemudian letakkan di dekat cawan. Dibiarkan selama 16±1 jam. Sebelum dikeluarkan cawan ditutup kembali, setelah itu didinginkan dan ditimbang catat sebagai nilai m2;
vi. pengujian kadar air dengan sampel yang sama dilakukan dua kali pengulangan;
vii. kadar air sebagai susut bobot dihitung sebagai berikut
Dimana : m0 = berat cawan + tutup (g)
m1 = berat cawan + tutup
dan sampel sebelum pengeringan (g) m2 = berat cawan + tutup
dan sampel setelah pengeringan (m1-m2)
X 100 % (m1-m0)
b) Mengukur kerapatan curah biji kakao sebelum dan sesudah sangrai Kerapatan curah diukur dengan rumus sebagai berikut:
Dimana : ρ = massa jenis atau kerapatan (kg/m3, g/ml); m = massa (kg, g)
V = volume (m3, ml)
c) Mengukur kadar kulit biji kakao
Prinsip : pemisahan secara visual dan penimbangan. Prosedur pengukuran :
i. timbang contoh uji dari biji kakao yang masih utuh kulitnya, sebanyak ± 100 g;
ii. kemudian pisahkan kulit dari keping bijinya dan pindahkan kulit dan keping tersebut ke dalam kaca arloji/cawan yang berlainan yang telah diketahui bobotnya;
iii. timbang masing-masing kaca arloji/cawan yang berisi kulit dan keping biji;
iv. cara menyatakan hasil yaitu kadar kulit dan kadar keping biji masing-masing dinyatakan dalam persentase bobot per bobot, dengan menggunakan perhitungan
M0 adalah bobot contoh uji, g; M1 adalah bobot cawan kosong, g; M2 adalah bobot cawan dan
kulit/keping biji,g.
d) Mengukur kadar lemak biji kakao
Prinsip : ekstraksi lemak biji kakao dengan menggunakan pelarut organik non polar (petroleum benzen 40°C sampai dengan 60 °C).
Prosedur pengukuran :
i. siapkan bahan yang hendak diuji, dengan cara disaring dengan saringan bubuk agar memiliki ukuran partikel yang sama;
ρ = m / V
(M2 – M1)
x 100% MO
ii. siapkan kertas saring untuk membungkus bahan uji dengan dipotong berbentuk lingkaran yang diameternya ± 10 cm. apabila kertas saring merupakan kertas saring halus maka dilapisi 2 lapis kertas saring; iii. masukan kertas saring kedalam cawan kemudian dimasukkan
kedalam oven selama 1 jam dengan suhu 100ºC;
iv. timbang cawan dan kertas saring yang telah dioven, yang sebelumnya didinginkan selama 1 jam;
v. masukan sample ke dalam kertas saring lalu dilipat,masukan kedalam cawan lalu dioven pada suhu 100ºC selama ± 16 jam;
vi. timbang sample dan cawan yang telah dioven,;
vii. persiapkan soxhlet yang hendak digunakan, isi labu didih dengan ± 250 ml petroleum benzene;
viii. masukan sample kedalam soxhlet kemudian nyalakan mesin pemanasnya, pastikan air pendingin tetap mengalir pada saat soxhlet difungsikan;
ix. tunggu proses ekstraksi lemak tersebut selama 16 kali sirkulasi petroleum atau ± selama 8 jam;
x. setelah 8 jam ambil sample kemudian langsung dimasukkan kedalam oven dengan suhu 100ºC selama ± 4 jam;
xi. setelah 4 jam diginkan sample selama ± 1 jam, kemudian ditimbang maka akan didapat nilai kadar lemaknya.
Rumus Perhitungan :
dimana : A adalah berat plate, g;
B adalah berat plate + contoh, g; C adalah berat setelah di oven, g; D adalah berat contoh basah, g; D = B – A ( F – E ) % Kadar Lemak = X 100 % C E = C – A G = C – F
E adalah berat contoh kering, g;
F adalah berat setelah ekstraksi setelah 8 jam, g; G adalah berat lemak, g.
e) Perhitungan jumlah biji kakao per 100 g untuk menentukan mutu biji Prinsip : penimbangan dan penghitungan
Prosedur pengukuran :
i. timbang contoh uji ± 100 g;
ii. hitung jumlah biji yang terdapat dalam 100 g tersebut (x).
iii. hasil uji dinyatakan sesuai dengan jumlah biji yang dihitung dalam 100 g contoh uji, kriteria mutu biji kakao sebagai berikut :
a) jumlah biji (x) sampai dengan 85 biji, dinyatakan AA;
b) jumlah biji (x) dari 86 biji sampai dengan 100 biji, dinyatakan A; c) jumlah biji (x) dari 101 biji sampai dengan 110 biji, dinyatakan B; d) jumlah biji (x) dari 111 biji sampai dengan 120 biji, dinyatakan C; e) jumlah biji (x) melebihi dari 120 biji, dinyatakan S.
f) Melakukan proses penyangraian biji kakao
Proses sangrai dilakukan pada mesin sangrai tipe silinder dengan bahan bakar minyak tanah. Kapasitas antara 10 sampai 40 kg per batch. Sumber panas diperoleh dari pembakaran minyak tanah (kerosene) dengan alat pembakar (burner). Suhu ruang sangrai dapat diatur antara 190-225ºC, namun suhu sangrai yang umum untuk biji kakao adalah antara 105-120 ºC. waktu sangrai berkisar 15 sampai 50 menit tergantung pada jumlah biji kakao yang disangrai dan kadar airnya. Mesin sangrai dilengkapi dengan pendingin tipe bak dengan sistem hisapan udara menggunakan kipas sentrifugal. Waktu pendinginan optimum berkisar antara 8-10 menit dan sudah ckup untuk mencegah biji kakao menjadi gosong (over roasted) (Sri Mulato, et al., 2005). Untuk menidentifikasi suhu selama proses penyangraian maka di pasang termokopel untuk diambil data suhunya.
g) Melakukan proses pemisahan nib
Proses pemisahan nib dari kulitnya dilakukan secara mekanis dengan menggunakan mesin pemisah kulit dan nib kakao. Mesin ini akan menghasilkan fraksi nib dan fraksi kulit dengan ukuran dan sifat fisik yang berbeda secara bersamaan. Saat membentur silinder pemecah yang berputar, nib akan pecah dengan ukuran yang relatif besar dan seragam. Kulit biji dipisahkan dengan cara hisapan (pneumatic). Meskipun demikian tidak seluruh butiran nib akan dipisahkan dari partikel kulit secara sempurna. Oleh karena itu pada penelitian pendahuluan ini akan dihitung persentase kulit terikut nib maupun persentase nib terikut kulit, dengan metode perbandingan bobot.
h) Melakukan proses pemastaan
Sebelum masuk prose pengempaan pada umumnya nib harus berbentuk pasta atau cairan kental. Hal ini dilakukan agar lemak pada nib dapat keluar hingga mudah untuk dipisahkan pada proses pengempaan. Pada penelitian pendahuluan ini dilakukan dua jenis pemastaan, yaitu pemastaan kasar dan pemastaan halus. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan kombinasi tingkat kekasaran pada proses pengempaan. Proses awal yang dilakukan adalah membuat pasta kasar dengan menggunakan mesin pemasta kasar tipe silinder. Hasilnya akan tercipta pasta kasar dengan kehalusan butiran > 40 mư. Setelah itu sebagian pasta ada yang langsung dikempa tapi sebagian lagi masuk ke dalam penghalus bahan cokelat (refiner) untuk mendapatkan pasta yang lebih halus dengan ukuran partikel < 20
mư
. Setelah itu pasta halus masuk ke dalam proses pengempaan.2. Prosedur Pengempaan Mekanik
Tujuan pengempaan adalah untuk mengetahui jumlah lemak yang dapat keluar dari berbagai kondisi pengempaan yang dilakukan (berat kantung, tingkat kekasaran, dan suhu penyimpanan input di dalam oven sebelum dikempa).
Langkah-langkah penelitian pengempaan adalah sebagai berikut :
i. masukkan input (nib, pasta kasar, dan pasta halus) ke dalam kantung kain, kemudian timbang dengan berat tertentu (100, 200, 300, 400, 500, 750, dan 1000 g) ;
ii. masukan input yang telah dimasukkan di dalam kain ke dalam oven dengan set suhu tertentu (45ºC, 40ºC, dan suhu lingkungan) selama ± 24 jam;
iii. menghitung luas permukaan sentuh tekan pada komponen mesin pengempa, untuk meghitung gaya hidrolik maksimal yang akan didapat dari proses pengempaan yang akan dilakukan;
iv. mempersiapkan mesin pengempa hidrolik untuk diaktifkan menyiapkan wadah plastik ukur untuk menampung lemak; v. mengaktifkan mesin pengempa sehingga siap dioperasikan; vi. memasukkan kombinasi bahan sebagai input;
vii. mulai melakukan proses pengempaan dengan di mulai dari tingkatan tekanan minimal hingga maksimal dengan waktu tertentu hingga input pada saat di kempa tidak mengeluarkan lemak lagi;
viii. mengukur arus listrik dengan mengunakan amperemeter pada saat setiap kenaikan tingkatan tekanan;
ix. mengukur putaran motor mesin pengempa menggunakan tachometer, setiap kenaikan tingkatan tekanan;
x. mengukur waktu lamanya proses pengempaan yang berlangsung serta menimbang berat lemak dan bungkil yang dihasilkan;
xi. satu situasi kondisi input pemgempaan dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali.
F. KONTRUKSI DAN MEKANISME KERJA ALAT 1. Kontruksi Alat
Mesin pengempa lemak kakao secara garis besar terdiri dari unit rangka, unit pengempaan, unit saringan silinder cetakan, unit motor listrik sebagai tenaga penggerak pompa hidrolik, dan unit pompa hidrolik yang disertai dengan tangki oli beserta selang-selang sirkulasi oli dan pressure valve otomatis (Gambar 10).
Unit rangka terbuat dari besi profil U dengan tebal 8 mm, untuk rangka dudukan terbuat pegas hidrolis yang terdiri dari tiga buah pipa dengan diameter 57 mm. Berfungsi sebagai rangka dasar adalah meja besi yang terdiri dari meja dudukan tangki oli serta motor listrik, meja alas proses pengepresan lemak dengan tebal meja 10 mm, dan meja dudukan silinder pengempa.
Unit pengempa terdiri dari silinder piston, piston pengempa, dan piringan pengempa yang semuanya terbuat dari besi baja. Silinder piston berukuran tinggi 380 mm dengan diameter 56 mm. Piston pengempa memiliki tinggi 500 mm dan diameter 45 mm, sedangkan piringan pengempa memiliki tinnggi 30 mm dengan diameter 151 mm. Untuk menaik-turunkan piston pengempa dilengkapi tuas handel.
Pada meja pengempa terdapat alas papan berukuran 545 x 570 x 30 mm dengan bingkai papan berukuran 560 x 315 x 20 mm yang berfungsi untuk mengarahkan lemak hasil pengempaan ke meja penampung lemak yang terbuat dari plat besi dengan tebal 3 mm diameter meja 395 mm. Unit saringan cetakan terdiri dari silinder saringan yang terbuat dari stainless steel berukuran tinggi 175 mm dengan diameter 159 mm. Selain itu terdapat pula cetakan sebagai dasar silinder saringan yang juga terbuat dari stainless steel yang berukuran 19 mm untuk tebalnya sedangkan diameternya 151 mm.
Gambar 10. Unit motor listrik, pompa hidrolis, dan saringan silinder pada mesin pengempa kakao.
2. Mekanisme Kerja Alat
Setelah motor listrik dihidupkan dengan menekan tombol on-off, maka pompa berputar menghisap dan mengedarkan oli dari tangki ke selang-selang sirkulasi, menuju silinder-piston pengempa, dan kembali lagi ke tangki oli. Tuas handel yang dapat digerakkan ke atas atau ke bawah secara perlahan atau cepat berhubungan dengan pressure valve otomatis. Bila tuas digerakkan ke atas piston pengempa bergerak turun melakukan pengempaan, sedangkan bila tuas digerakkan ke bawah maka piston pengempa bergerak ke atas tidak melakukan pengempaan.
menggerakkan tuas handel ke arah atas secara perlahan, maka piston pengempa bergerak turun untuk mengempa input. Pengempaan berlangsung selama 7-15 menit. Pengempaan terakhir dilakukan sampai skala jarum indikator pada alat ukur pressure gage mencapai sekitar 200 kg/cm2. Lemak cair yang keluar hasil pengempaan ditampung di tabung ukur.
Sistem penerusan daya mesin pengempa lemak kakao tipe hidrolik ini menggunakan oli. Oli tersebut diedarkan dengan menggunakan selang sirkulasi. Oli-oli tersebut terus bersikulasi dengan adanya pompa hidrolik yang digerakkan oleh motor listrik.
