PENGEMBANGAN MESIN PENYOSOH SORGUM
Oleh :
Ana Nurhasanah, Novi Sulistyosari, Mardison dan Abi Prabowo
Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian
Permasalahan umum yang dihadapi dalam pemanfaatan biji sorgum adalah proses penyosohan sebelum biji tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan pangan, pakan atau yang lain. Penyosohan bertujuan membuang lapisan perikarp sorgum dan lapisan testa yang mengandung tanin dari bagian endospermnya, lapisan tersebut dapat menurunkan daya cerna protein dalam lambung dan menyebabkan rasa sembelit. Untuk itu diperlukan alat mesin penyosoh biji sorgum sehingga sorgum dapat dimanfaatkan menjadi produk lanjutan seperti tepung sorgum, nasi sorgum, kue sorgum dan lain sebagainya.
I.
PENDAHULUAN
Biji sorgum (sorgum bicolor) dikenal sebagai hasil serealia yang mengandung karbohidrat dan protein tinggi serta prospektif sebagai bahan subtitusi terigu dan beras. Kesulitan utama dalam pemanfaatan biji sorgum untuk dikonsumsi secara aman adalah dalam hal menghilangkan kandungan tannin yang terdapat dalam pericarp bijinya. Pericarp biji sorgum menyatu kuat dengan bagian inti biji (endosperm) yang dapat dikonsumsi dengan aman. Cara utama untuk memisahkan bagian pericarp dengan inti biji adalah dengan cara digosok (abrasive) (Patiwiri, 2006).
Fungsi utama penyosohan sorgum bukan hanya untuk memperoleh warna putih (cerah) dari biji tetapi juga untuk menurunkan kadar tannin (senyawa fenol) yang terkandung dalam lapisan pericarp biji. Senyawa fenol dalam tannin apabila berikatan dengan prolamin (kafirin) dengan membentuk ikatan kompleks protein tannin akan menurunkan daya cerna protein dalam perut serta menimbulkan rasa sembelit dan kembung. Rendahnya kandungan tannin pada umumnya dicirikan dengan kenampakan warna beras sorgum yang cerah keputih-putihan (Suarni dan Singgih, 2002). Kondisi kandungan tannin yang rendah merupakan indikator kesiapan biji sorgum untuk dapat dimanfaatkan bagi berbagai bahan utama pangan maupun pakan.
Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian (BBP Mektan) telah mengembangkan mesin penyosoh sorgum tipe abrasive dengan kapasitas kerja mencapai 150 kg/jam (Suhil, M. dkk, 2011). Kemudian Pada tahun 2012 sudah dilakukan modifikasi dan penyempurnaan dengan penambahan komponen bucket elevator dan mesin pengayak biji sorgum sehingga kapasitasnya menjadi 200 kg/jam.
II.
SPESIFIKASI TEKNIS MESIN PENYOSOH SORGUM
Mesin penyosoh sorgum kapasitas 200 kg/jam secara keseluruhan mempunyai dimensi p x l x t adalah 1800 x 1680 x 3320 mm dengan blower penghisap 12 inch dan 8 inch serta tenaga penggerak engine diesel 11 Hp. Mesin penyosoh sorgum kapasitas 200 kg/jam ini terdiri dari beberapa komponen utama yaitu komponen unit penyosoh, bucket elevator serta komponen pendukung berupa mesin pengayak biji sorgum.
Gambar 2. Mesin penyosoh sorgum kapasitas 200 kg/jam 1. Komponen Utama Unit Penyosoh
Komponen utama unit penyosoh sorgum ini berdimensi 1270 mm x 330 mm x 470 mm dan terdiri dari komponen ruang penyosoh, unit blower, unit pendukung (rangka) dan tenaga penggerak serta transmisi. Material yang digunakan pada mesin penyosoh yaitu plat besi yang proses pembuatannya dilakukan secara machining dan plat eser tebal 3 mm, material rangka menggunakan besi siku ukuran 50 x 50 mm.
Komponen ruang penyosoh terdiri dari batu abrasif dan saringan. Batu abrasif yang digunakan dalam unit penyosoh adalah batu yang memiliki dimensi dan lubang poros tertentu. Batu abrasif adalah komponen utama dan terpenting dalam pabrikasi prototipe mesin penyosoh. Batu abrasif yang digunakan dalam unit penyosoh adalah batu abrasif dengan diameter 6 inch, tebal 4 inch yang banyak tersedia di pasaran seperti tertera pada Gambar 3 dan Tabel 1.
Gambar 3. Sket batu abrasif Tabel 1. Spesifikasi Batu Abrasif Bobot batu per buah (kg) 3,3
Diameter batu (mm) 152,4 (6 inch) Diameter poros (mm) 31,75 (1 ¼ inch)
Panjang batu (mm) 101,6 (4 inch)
Dari hasil perhitungan diperoleh panjang batu abrasif yang dibutuhkan 528 mm yang berarti dibutuhkan batu abrasif dengan spesifikasi di atas sebanyak 6 buah, sehingga panjang batu abrasif keseluruhan 609,6 mm. Pada tahun sebelumnya dengan panjang batu yang lebih pendek menghasilkan sorgum sosoh dengan melakukan 4 kali penyosohan, maka diharapkan pada desain batu ini yang memiliki panjang lintasan lebih panjang akan menghasilkan sorgum
sosoh dilakukan maksimal 3 kali penyosohan. Dengan panjang lintasan tersebut diharapkan biji sorgum akan mengalami penyosohan optimal dan menghasilkan kapasitas yang lebih besar. Sehingga dapat meningkatkan nilai efisiensi penyosohan.
Perhitungan kapasitas kerja secara teoritis dilakukan dengan menghitung volume screw/auger yang mampu membawa biji sorgum pada putaran 850 rpm dan rasio kompresi biji sorgum yang masuk ke ruang penyosoh serta dengan mempertimbangkan nilai bulk density. Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh kapasitas teoritis sebesar 330,5 kg/jam. Nilai tersebut telah memenuhi nilai kapasitas yang telah direncanakan yaitu 200 kg/jam. Hasil perhitungan desain kemudian dituangkan ke dalam bentuk desain gambar unit penyosoh seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Gambar desain unit penyosoh sorgum hasil modifikasi dengan enam buah batu abrasif dia. 6 inch.
Silinder penyaring terbuat dari plat perforated yang memiliki tebal 1 mm dengan profil lubang berbentuk persegi panjang sehingga bekatul atau dedak hasil penyosohan diharapkan dapat lolos melewati lubang tersebut. Desain silinder penyaring dibuat terbelah menjadi dua bagian dengan maksud agar lebih mudah dilepas pada saat pengecekan kondisi batu serta permasalahan lain yang kemungkinan muncul pada saat penyosohan, tanpa perlu membuka casingbagian pengeluaran.
Desain rangka utama berdasarkan beberapa hal sebagai parameter, diantaranya dimensi dan bobot seluruh komponen unit penyosoh, ruang yang dibutuhkanhopper bekatul danblower penghisap, serta pertimbangan keseimbangan unit penyosoh ketika beroperasi terkait dengan putaran poros penyosoh dan getaran yang ditimbulkan. Untuk keseimbangan, rangka utama yang memiliki bentuk ramping dan tinggi didesain menyatu dengan rangka dudukan engine, unit pemisah, serta digabungkan dengan rangka bucket elevator. Untuk meredam getaran pada saat operasi maka bagian bawah rangka dipasang baut tanam (dynabolt).
Kebutuhan tenaga penggerak dihitung dari kebutuhan daya untuk unit penyosoh, blower penghembus dan bucket elevator. Perhitungan daya penggerak berdasarkan momen puntir yang terjadi dengan putaran engine yang diinginkan. Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh daya untuk unit penyosohan sebesar 8,7 HP. Kebutuhan blower penghembus diperlukan yang memiliki diameter 6 inch (2 HP) dan putaran bucket elevator yang dibutuhkan 25 rpm (1 HP). Sehingga untuk kebutuhan daya penggerak keseluruhan unit memerlukan daya 11 HP.
2. Bucket Elevator
Komponen bucket elevator terdiri dari belt konveyor dan bucket (cawan). Material yang digunakan plat esser tebal 2 mm, bucket terbuat dariplastic nylon memiliki volume 430 ml yang dipasang pada belt dengan jarak antar bucket 200 mm. Tinggi bucket elevator mencapai 3105 mm. Bucket elevator sebagai fungsi penyaluran bahan, bekerja memindahkan bahan dari satu
bagian/tempat ke bagian/tempat lain yang merupakan satu jalur proses. Fungsi bucket elevator dalam hal ini adalah memindahkan biji sorgum yang akan disosoh untuk dimasukkan ke dalam hopper penyosoh. Dengan adanya tambahan bucket elevator diharapkan dapat memudahkan dalam sistem feeding bahan ke dalam hopper penyosoh serta diharapkan dapat meningkatkan kapasitas sosoh dikarenakan feeding process lebih efektif daripada memasukkan bahan dengan cara manual. Hal ini karena mengingat desain mesin penyosoh memiliki bentuk yang cukup tinggi, diduga akan mengalami loosing timepada saatfeedingsecara manual.
Gambar 5.Bucket Elevator 3. Pengayak Biji Sorgum
Mesin Pengayak biji sorgum didesain untuk mendapatkan biji sorgum dengan ukuran yang seragam. Ukuran sorgum yang bervariasi akan menyulitkan dalam penyosohan karena biji yang berukuran lebih besar akan tersosoh terlebih dahulu sedangkan yang lebih kecil belum tersosoh. Ketika sorgum yang berukuran besar sudah tersosoh bersamaan dengan sorgum yang berukuran kecil maka sorgum besar tetap akan tersosoh lagi bersama sorgum berukuran kecil, sehingga akan menurunkan rendemen dan menambah lama waktu penyosohan. Pengayak terdiri dari rangka utama terbuat dari besi siku ukuran 40 x 40 mm, bak pengayak dari bahan plat eser 1,5 mm, motor listrik 1 Hp, puli dan V belt untuk mentransmisikan daya. Dimensi keseluruhan mesin pengayak adalah 1700 mm x 740 mm x 1240 mm.
III.
PENGUJIAN MESIN PENYOSOH SORGUM
Hasil Pengujian Unjuk Kerja Mesin Penyosoh Sorgum Kapasitas 200 kg/jam
Dari hasil uji unjuk kerja mesin penyosoh sorgum, kapasitas yang dicapai sampai pada sosoh ke-1 sebesar 202 kg/jam (Tabel 2). Penyosohan ini dapat dilakukan sampai dua kali ulangan dengan kualitas hasil sosohan optimum pada kapasitas 120 kg/jam.
Tabel 2. Hasil uji unjuk kerja mesin penyosoh sorgum No. Varietas Perlakuan
Kecepatan porospenyosoh (rpm) Kecepatan blower (rpm) Berat bahan (kg) Waktu penyosohan Kapasitas
TB DB TB DB in Out (menit) (kg/jam)
1 KD-4 Sosoh 1x 763 735 3105 3050 202 160 96 60 60 202 2 KD-4 Sosoh 2x 741 733 3047 120 120
Berdasarkan hasil analisa proksimat, dari beberapa kali perlakuan dan ulangan diperoleh bahwa kadar lemak dan kandungan tannin mengalami penurunan yang signifikan terjadi pada sosoh kedua (kondisi sosoh optimum). Hasil analisa proksimat dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil uji proksimat Biji Sorgum Sebelum dan Sesudah penyosohan No. Varietas Perlakuan
Analisa (%) Kadar Air Kadar Lemak Kadar
Protein Karbohidrat Tanin
1 Wonogiri Bahan awal 9,87 2,52 7,67 76,73 1,44
2 Wonogiri sosoh optimum 5,99 0,46 5,82 86,13 0,09
Hasil analisa laboratorium uji whiteness, baik varietas wonogiri maupun KD-4 yang disosoh 2x optimum diperoleh nilai rata-rata 36,4 – 46,6 % (Tabel 4, Gambar 8 dan 9). Hal ini menunjukkan bahwa dengan nilai whiteness tersebut terjadi penurunan kandungan tannin di dalam biji sorgum. Terdapat hubungan antara nilai whiteness dengan kandungan tannin (Gambar 7), dimana semakin tinggi nilai whiteness maka semakin rendah kandungan tannin (Suhil, M. dkk., 2011). Dengan demikian penyosohan biji sorgum sebanyak dua kali diperoleh nilai whiteness dan kandungan tannin yang sesuai dengan kebutuhan konsumsi.
Gambar 7. Grafik hubungan antara whiteness (%) dengan tanin (%)
Gambar 8. Biji sorgum awal var. wonogiri dan hasil penyosohan biji sorgum 1 x dan 2 x sosoh
Gambar 9. Biji sorgum awal var. KD4 dan hasil penyosohan biji sorgum 1 x dan dan 2 x sosoh Hasil analisa fisik biji sorgum menunjukkan bahwa proses penyosohan pada biji sorgum sudah dapat dilakukan dengan baik. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 5 dimana persentase biji utuh rata-rata 91,16 % - 94,40 % dan biji pecah sekitar 3-6 %. Hal ini sesuai dengan tujuan utama penyosohan yaitu mendapatkan biji sorgum sosoh dengan persentase biji pecah 3-6 %.
Mesin Pengayak
Uji kinerja mesin pengayak dilakukan dengan menggunakan dua varietas sorgum yaitu KD-4 dan Wonogiri, uji ini untuk melihat apakah ukuran plat perforated telah sesuai dengan karakteristik biji sorgum (dimensi), kecepatan dan gerakan eksentrik pengayak yang disesuaikan dengan motor listrik yang dibutuhkan. Berdasarkan hasil uji, pengayak sudah dapat memisahkan sorgum ke dalam dua grade yaitu grade 4 untuk yang tidak lolos plat perforated 4 mm dan grade 3 untuk yang lolos plat perforated 4 mm. Kecepatan gaya eksentrik telah disesuaikan dengan laju aliran bahan pada bidang miring tertentu serta gaya gravitasi. Hasil analisa efisiensi pengayakan dan uji unjuk kerja disajikan pada Tabel 6 dan 7.
Tabel 6. Efisiensi pengayakan mesin pengayak biji sorgum
Tabel 7. Hasil uji unjuk kerja mesin pengayak
No. Ulangan
Waktu
pengayakan kec. Putaran Berat Bahan (kg) Varietas
Kapasitas (menit) (rpm) In ± 3 mm ± 4 mm Kg/jam 1 1,433 504 20 20 KD-4 857,14 2 1,580 505 20 18,18 1,8 KD-4 800,00 3 1,667 505 30 8,02 20,06 Wonogiri 750,00 4 1,333 505 30 9,08 22,31 Wonogiri 923,07
Secara keseluruhan mesin penyosoh sorgum kapasitas 200 kg/jam sudah dapat menyosoh menyosoh biji sorgum dengan 1 (satu) kali ulangan penyosohan sehingga kapasitas mencapai 202 kg/jam. Apabila penyosohan dilakukan optimum (dua kali penyosohan) kapasitasnya 120 kg/jam dengan kualitas biji utuh rata-rata 91,16 % - 94,40 % dan biji pecah sekitar 3-6 % dan nilai whiteness 46,66 % (cerah) dengan kadar tannin rata-rata 0,09 %.
