MAKALAH
MESIN PERALATAN PENGOLAHAN PANGAN (Ekstruder) Oleh: Kelompok II Ahyat Hartono (240110100032) Tina Sartika (240110100020) Dudin Zaenudin (240110100105)
JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses ekstrusi menurut (Ariestya Meta Devi, 2010) merupakan suatu proses pengolahan yang di dalamnya terdapat proses pencampuran (mixing), pengulenan (kneading), pengadukan (shearing), pemanasan (heating), pendinginan (cooling), dan pencetakan (shaping). Proses ini dibantu dengan menggunakan alat yang disebut ekstruder. Ekstruder bekerja dengan cara mendorong bahan mentah yang akan diolah keluar melalui lubang cetakan (die). Die berfungsi sebagai pembentuk atau pencetak bahan setelh diolah dalam ekstruder.
Penggunaan ekstruder banyak diterapkan pada industri makanan ringan. Makanan ringan yang dibuat dengan menggunakan ekstruder biasanya disebut makanan ringan ekstrudat atau menurut Badan Standarisasi Nasional (2000) dalam Ayu Dewiani Y. Putri (2011) makanan ringan ekstrudat adalah makanan ringan yang dibuat melalui proses ekstrusi dari bahan baku tepung dengan penambahan bahan makanan lain yang diperbolehkan dengan atau tanpa melalui proses penggorengan. Semakin banyaknya kebutuhan akan kepraktisan, makanan ringan ini banyak diperlukan. Oleh karena itu, penggunaan ekstruder sangat dibutuhkan untuk memenuhi kebutuan ini. Pada makalah ini dijelaskan bagaimana prinsip kerja, fungsi serta jenis-jenis dari extruder.
1.2 Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah mengenai ekstruder ini antara lain sebagai berikut.
1) Untuk mengetahui prisnsip kerja dari extruder;
2) Untuk mengetahui proses ekstrusi dengan menggunakan ekstruder; 3) Untuk mengetahui jenis-jenis ekstruder; dan
4) Untuk mengetahui contoh penggunaan ektruder dalam pembuatan makanan ringan.
BAB II ISI
2.1 Proses Ekstrusi
Menurut Ariesta Meta Devi (2010) ekstrusi merupakan proses pengolahan yang merupakan kombinasi dari: pencampuran (mixing), pengulenan (kneading), pengadukan (shearing), pemanasan (heating), pendinginan (cooling), dan pencetakan (shaping). Alat untuk proses ekstruksi disebut ekstruder. Prinsip dasar kerja alat ini ialah memasukkan bahan-bahan mentah yang akan diolah kemudian didorong keluar melalui suatu lubang cetakan (die).
Dewasa ini, ekstrusi bahan pangan telah berkembang menjadi suatu proses pengolahan pangan yang serbaguna. Perkembangan teknologi ini terutama terletak pada kemampuan ekstruder untuk membentuk produk pangan secara kontinyu melalui pencampuran, pengulenan, pengadukan, pemasakan, pembentukan, dan pengembangan (Chang et al., 1999 dalam Hasti Wiaranti, 2011). Produk pangan seperti sereal, makanan ringan, pati termodifikasi, makanan bayi dapat diproduksi menggunakan proses ekstrusi.
Proses pemasakan ekstrusi menggabungkan proses pemanasan dengan proses ekstrusi yang menghasilkan produk pangan yang matang dan memiliki bentuk yang khas. Komponen-komponen pangan seperti air, karbohidrat, dan protein mengalami pemasakan selama proses ekstrusi sehingga menghasilkan adonan yang viscous. Secara singkat prinsip pemasakan ekstrusi adalah suatu proses pengolahan yang menggunakan alat yang sekaligus dapat mendorong bahan dan mengadoni bahan sampai melewati lubang cetakan. Semua proses tersebut umumnya dilakukan dengan menggunakan aplikasi suhu tinggi dalam waktu singkat. Proses ini menimbulkan efek yang sama dengan UHT (Ultra High Temperature) yaitu mikroba mati namun kerusakan gizi kecil. Hasil pemasakan proses ekstrusi adalah gelatinisasi pati, denaturasi protein serta inaktivasi enzim yang terdapat pada bahan mentah (Harper, 1981 dalam Hasti Wiaranti, 2011).
Penggunaan teknik ekstrusi dapat dilakukan dengan pengolahan suhu rendah seperti pada pengolahan pasta, atau pengolahan suhu tinggi seperti pada pengolahan makanan ringan. Tekanan yang digunakan dalam ekstruder berfungsi
mengendalikan bentuk, menjaga air dalam kondisi cair yang sangat panas, dan meningkatkan pengadukan. Tekanan yang digunakan bervariasi antara 15 sampai lebih dari 200 atm. Tujuan utama ekstrusi adalah untuk meningkatkan keragaman jenis produk pangan dalam berbagai bentuk, tekstur, warna, dan cita rasa. Pemasakan ekstrusi adalah kombinasi dari sebuah pompa dan sebuah pengubah panas. Bahan baku masuk ke dalam ekstruder melalui hopper (wadah penampung) dan terdorong ke depan mengarah ke die (cetakan) oleh putaran satu atau lebih ulir. Pemasakan ekstrusi dengan proses suhu tinggi waktu pendek (HTST, high temperature short time) dapat mencegah kontaminasi mikroba dan inaktivasi enzim (Estiasih & Ahmadi, 2009).
Kadar air memegang peranan penting terhadap pengembangan dalam proses ekstrusi. Holay dan Harper (1982) dalam Hasti Wiranti (2011) mengatakan bahwa derajat gelaitnasi sangat dipengaruhi oleh kadar air. Air juga berfungsi sebagai reaktan dalam reaksi kompleks dengan komponen lainnya.
Menurut (Muchtadi et al., 1988 dalam Hasti Wiranti, 2011) hasil ekstrusi dengan kelembaban tinggi mempunyai ukuran pori-pori lebih besar dan dinding sel lebih tebal. Bila hasil ekstrusi terlalu lembab, produk yang diperoleh dapat mengembang cukup besar setelah keluar dari cetakan tetapi menyusut sebelum dingin, memadat dan menjadi produk dengan tekstur keras yang tidak disukai.
Hasil dari proses ekstrusi juga ditentukan oleh perubahan struktur pati. Perubahan struktur pati akan mempengaruhi tekstur maupun rasa dari produk yang diperoleh. Pemberian air dapat dilakukan agar pati menyerap air sehingga dapat tergelatinasi dengan baik (Randi Farm, 2013).
Gambar 2.1 Contoh proses gelatinasi saat pati mendapatkan panas dari kanan atas ke kiri bawah Sumber: Yanto Widiyanto, 2011 (http://pemulatempatuntukbelajar-widiyanto.blogspot.com)
2.2 Ekstruder
Alat ekstrusi (ekstruder) terdiri dari suatu ulir (sejenis ulir bertekanan) yang menekan bahan baku sehingga berubah menjadi bahan semipadat. Bahan tersebut ditekan keluar melalui suatu cetakan dengan lubang terbatas (die) pada ujung ulir. Jika bahan baku tersebut mengalami pemanasan maka proses ini disebut pemasakan ekstrusi (ekstrusi panas).
Ciri utama proses ekstrusi adalah sifatnya yang kontinu. Alat ekstruder dioperasikan dalam kondisi kesetimbangan dinamis, yaitu input setara dengan output, atau bahan yang masuk setara dengan produk yang dihasilkan. Untuk mendapatkan karakteristik ekstrudat tertentu, bahan yang masuk dan kondisi pengoperasian harus diatur sedemikian rupa sehingga perubahan kimia yang terjadi dalam barrel (tabung dalam ekstruder) sesuai dengan yang diinginkan (Estiasih & Ahmadi, 2009)
2.2.1 Bagian-bagian Ekstruder
Ekstruder terdiri dari beberapa komponen yang saling berkesinambungan antara satu komponen dengan komponen lainnya. Adapun komponen ekstruder pada dasarnya terdiri dari 3 bagian yaitu hopper sebagai input bahan, screw dibagian proses, dan die sebagai output bahan. Berikut adalah bagian-bagian dari ekstruder.
Gambar 2.2. Komponen-komponen ekstruder Sumber : Asri Widyasanti, 2013
1. Hopper
Hopper merupakan bagian di mana bahan pertama kali dimasukkan dan sebagai tempat sementara sebelum bahan masuk ke dalam barrel yang kemudian digiling oleh screw. Pada kebutuhan tertentu, hopper bisanaya
dilengkapi dengan pemanas apabila bahan yang akan diolah perlu pemanasan terlebih dahulu (Yanto Widiyanto, 2011).
2. Screw
Screw atau ulir merupakan bagian dari ekstruder yang digunakan untuk menggiling bahan yang akan diolah. Screw digerakkan oleh motor penggerak secara berputar. Ukuran ulir membesar di bagian ujung sehingga luas permukaan jalur selubung mengecil dan tekanan meningkat sehingga bahan dapat terdorong ke bagian die. Gerakan screw dapat menaikkan suhu bahan (Ariestya Meta Devi, 2010).
Gambar 2.3. Screw pada ekstruder Sumber : Asri Widyasanti, 2013
3. Die
Die berbentuk bentuk piringan atau silinder dengan lubang-lubang cetakan yang terletak pada bagian akhir ekstruder dan berfungsi sebagai pembentuk atau pencetak bahan/adonan setelah diolah di dalam ekstruder sesuai bentuk yang diinginkan.
Gambar 2.4. Macam-macam die pada ekstruder Sumber : Asri Widyasanti, 2013
Prinsip kerja ekstruder dapat dilihat dari jumlah ulir (screw) pada bagian dalam ekstruder. Menurut Ariestya Meta Devi (2010) terdapat dua buah prinsip berdasakan jumlah ulir pada ekstruder yaitu ekstruder ulir tunggal (single screw extruder) dan ekstruder ulir ganda (twin screw extruder).
a. Ekstruder Ulir Tunggal (Single Screw Extruder)
Pada ekstruder dengan prinsip ini memiliki tiga bagian dengan fungsi-fungsi tertentu. Bagian-bagian tersebut terdiri dari feed section, compression/transition section, dan metering section.
Gambar 2.5. Ekstruder ulir tunggal
Berikut adalah fungsi-fungsi dari bagian-bagian tersebut antara lain sebagai berikut.
1) Feed section berfungsi sebagai tempat pemasukkan bahan-bahan yang akan di ekstrusi melalui lubang masukan (inlet).
2) Compression/transition section, terdapat ulir pada bagian barrel dan berlangsung proses penggilingan adonan yang mengandung air oleh ulir dengan gerakan berputar, gerakan ini sekaligus menaikkan suhu bahan meningkat. Ukuran ulir membesar di bagian ujung sehingga luas permukaan jalur selubung mengecil dan tekanan meningkat.
3) Metering section merupakan bagian paling dekat dengan lubang pengeluaran (die). Seringkali bagian ini memiliki luas jalur yang sempit/kecil yang akan menyebabkan daya tekan mekanis pada bahan berlangsung efektif dan meningkat kemampuannya hingga batas tertentu sesuai dengan tingkat kecepatan putaran dari ulir ekstruder tersebut. Dikarenakan kemampuan penggilingan
yang meningkat pada bagian ini, maka pencampuran bahan adonan akan berlangsung dengan baik, selain itu terjadi pula peningkatan suhu yang tajam pada suhu adonan. Hal ini diakibatkan oleh perubahan energi mekanik menjadi energi panas. Suhu menunjukkan peningkatan yang hampir linier dibandingkan dengan tahap pencampuran adonan. Peningkatan suhu yang tajam sesaat sebelum bahan keluar dari bagian die yang diikuti oleh penurunan suhu yang cepat setelah bahan keluar dari die akan menyebabkan terjadinya pengembangan adonan makanan yang diekstrusi (Baianu, 1992 dalam Ariestya Meta Devi, 2010).
b. Ekstruder Ulir Ganda (Twin Screw Extruder)
Pada prinsip ekstruder ini terdapat tiga bagian dengan fungsi yang berbeda antara lain feed zone, cooking zone, dan forming zone.
Gambar 2.6. Ekstruder ulir ganda
1) Feed zone, dimulai dengan memasukan bahan mentah ke dalam ekstruder secara terus menerus. Ketika ulir mulai berputar, ekstruder akan menggiling bahan dan mencampur bahan secara menyeluruh. Bahan cair, biasanya lemak/minyak, air atau bahan lainnya, ditambahkan melalui sebuah lubang masukan pada barrel untuk menambah kelembaban atau membasahi partikel-partikel granula sebelum dimasak (bila diperlukan). Pada zona ini bahan-bahan dibentuk menjadi suatu adonan yang merata oleh proses penggilingan ulir ganda (twin screw).
2) Cooking zone, pada tahap ini adonan diberi perlakuan panas yang diperoleh dari berbagai sumber, tergantung dari hasil produk yang diinginkan dan
spesifikasi mesin. Panas mekanis dalam barrel dihasilkan dengan cara mengatur konfigurasi ulir. Kepadatan gerigi-gerigi dan jarak ulir, pengaturan arah putaran dan tekanan dapat menghasilkan panas mekanis. Panas konveksi dihantarkan langsung dari dinding barrel pada adonan. Penghantaran panas secara konveksi merupakan metode penghantaran panas yang sangat efektif. 3) Forming zone, dimana produk akan dibentuk sesuai dengan keinginan
pengolah. Produk yang diperoleh bentuknya mengembang atau padat tergantung pada tingkat kelembaban, suhu, tekanan dan bentuk geometris dari die (piringan pencetak bahan). Untuk membuat produk yang mengembang (expanded product), suhu dan tekanan ditingkatkan sementara tingkat kelembaban harus dikendalikan dengan akurat. Ketika produk keluar dari ekstruder melalui die, perubahan dari tekanan atmosfir akan menyebabkan kelembaban di dalam bahan berubah menjadi uap. Hal ini mengakibatkan mengembangnya adonan yang dimasak menjadi produk yang teksturnya berongga. Untuk membuat produk yang padat, digunakan adonan dengan kelembaban tinggi dan diolah pada suhu yang rendah. Ketika ekstrudat didorong keluar melalui die, produk tidak akan mengembang tetapi akan memperoleh bentuk sesuai bentuk die. Hasilnya berupa pellet padat dengan bentuk yang beragam. (Clextral, 2007 dalam Ariestya Meta Devi, 2010). 2.4 Aplikasi Penggunaan Ekstruder
Penggunaan banyak ditepakan pada industri makanan ringan, pakan ternak, bahkan indutri plastik atau logam. Industri yang paling banyak menggunakan ekstruder adalah industri pangan. Produk pangan yang dihasilkan dari proses ekstrusi beberapa contohnya adalah sereal, pasta, makanan bayi, dan lain-lain.
Salah satu contoh penggunaan ekstruder dalam industri pangan adalah mesin bisnis yang digunakan untuk membuat makanan ringan (snack-chiki) dengan bentuk bulat dan memanjang dengan bahan baku utama tepung adonan (beras jagung).
Gambar 2.7 Produk snack-chiki yang dibuat dengan ekstruder Sumber: http://situsmesin.com/mesin-agroindustri
BAB III KESIMPULAN
Dari uraian di atas dapat disimpulkan beberapa hal antara lain sebagai berikut.
1) prisnsip kerja dari extruder ialah memasukkan bahan-bahan mentah yang akan diolah kemudian didorong keluar melalui suatu lubang cetakan (die); 2) proses ekstrusi dengan ekstruder adalah membentuk produk pangan
secara kontinyu melalui pencampuran, pengulenan, pengadukan, pemasakan, pembentukan, dan pengembangan;
3) jenis-jenis ekstruder berdasarkan prinsip kerjanya ada dua, ektruder uir tunggal dan ekstruder ulir ganda
4) penggunaan ektruder dalam pembuatan makanan ringan berupa snack chiki, pasta, sereal dan makanan bayi
DAFTAR PUSTAKA
Devi, Ariestya Meta. 2010. Size Enlargement pada Ekstruder (Tugas Makalah Satuan Operasi Mekanik). Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
Estiasih, T. Dan Ahmadi, K. 2009. Teknologi Pengolahan Pangan. Jakarta: PT Bumi Aksara.
Putri, Ayu Dewiani Y. 2011. Makanan Ringan Ekstrudat. Tersedia:
http://yuharnandhaputri.blogspot.com/2011/07/makanan-ringan-ekstrudat.html. Diakses pada 04 April 2013 pukul 09.48 WIB.
Randi Farm. 2013. Teknologi Ekstruksi Untuk Pembuatan Pelet Ikan Apung. Tersedia : http://www.randifarm.com/2013/01/teknologi-ekstruksi-untuk-pembuatan.html. Diakses pada tanggal 04 April 2013 pukul 11.28 WIB. Widiyanto, Yanto. 2011. Prinsip-prinsip Ekstrusion. Tersedia:
http://pemulatmpatuntukbelajar-widiyanto.blogspot.com/2011/14/prinsip-prinsip-ekstrusion.html. Diakses pada 04 April 2013 pukul 09.38 WIB. Widyasanti, Asri. 2013. Ekstrusion. Bahan Kuliah Mesin dan Peralatan
Pengolahan Pangan, Fakultas Teknologi Industri Pertanian, Jurusana Teknik dan Manajemen Industri Pertanian, Universitas Padjadjaran.
Wiranti, Hasti. 2011. Pengembangan Teknologi Sereal Bekatul dengan Menggunakan Twin Screw Extruder. Institut Pertanian Bogor.
