1) Ahli Peneliti (Senior Researcher) dan Peneliti Madya (Junior Researcher); Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia, Jl. P.B. Sudirman 90, Jember 68118, Indonesia.
Kinerja Alat Kempa Hidrolik Sistem Terputus
Untuk Proses Ekstraksi Lemak Kakao
Performance of a Batch System Hydrolic Pressfor Cocoa Butter Extraction Process
Sri-Mulato1), Sukrisno Widyotomo1), dan Hadi K. Purwadaria2)
Ringkasan
Biji kakao dapat dimanfaatkan sebagai sumber lemak yang dipergunakan dalam industri pangan, kosmetika, farmasi dan sebagai sumber “flavouring agent” dalam industri pangan. Lemak kakao dapat dipisahkan dengan prinsip dikempa atau pengenaan tekanan baik secara terputus (batch) maupun kontinyu. Pengempaan lemak kakao secara terputus memiliki disain konstruksi lebih sederhana, biaya konstruksi dan biaya perawatan serta pengadaan suku cadang relatif lebih terjangkau. Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia telah melakukan rancang bangun alat kempa hidrolik sistem terputus untuk proses ekstraksi lemak kakao. Alat tersebut dirangkaikan dalam satu paket alat dan mesin untuk mem-produksi makanan dan minuman cokelat siap konsumsi skala pilot plan yang sesuai dan terjangkau oleh pengusaha kecil, baik secara teknologis maupun harga. Tujuan penelitian ini adalah menentukan kinerja alat kempa hidrolik sistem terputus sehingga diperoleh kondisi optimum pengoperasian yang dapat digunakan sebagai acuan kerja dengan mutu produk akhir yang baik. Bahan penelitian berupa keping biji, pasta kasar, dan pasta halus yang berasal dari biji kakao lindak yang telah disangrai dengan kadar air 2,5—3%. Tekanan kempa yang digunakan antara 1723 K.Pa sampai 16892 K.Pa, sedangkan suhu yang dikenakan ke bahan uji pasta kasar adalah 30OC, 40OC, dan 45OC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ekstraksi
biji kakao terfermentasi memberikan kadar lemak dan kapasitas kerja masing-masing 12% dan 22% lebih tinggi dibandingkan dengan hasil ekstraksi biji kakao tidak terfermentasi. Kapasitas kerja alat kempa pada kondisi operasional optimum sebesar 2 kg pasta kasar/jam, diperoleh pada bobot bahan 0,4 kg/batch, dan suhu bahan
pra pengempaan 45OC yang memerlukan daya pengempaan 0,6 kWh dengan lemak
yang dapat terekstrak sebanyak 33,3% atau setara 0,14 kg/batch. Untuk beban kempa 1 kg dibutuhkan daya 1,67 kWh dengan lemak yang dapat terekstrak sebanyak 34,6% atau setara 0,35 kg. Kapasitas alat untuk pengempaan pasta kasar kakao pada suhu kamar berkisar pada 1,2–2,3 kg/jam.
Summary
Cocoa beans could be used as butter source in food industry, cosmetic, pharmacy, and flavouring agent. Cocoa butter can be extracted by pressing process with continuous or discontinuous methods. Discontinuous pressing pro-cess (batch system) has simple design, low cost for construction and mainte-nance, and the spare part cost is cheaper than the continuous process. Indo-nesian Coffee and Cocoa Research Institute has designed and tested a batch system hydrolic pressure for cocoa butter extraction . This equipment is one of machineries that be used to process cocoa beans to final product such as co-coa powder and chocolate liquor for small-medium scale industry. The objec-tives of this research is to study the performance of that batch system hydrolic pressure for cocoa butter extraction at optimum operation with good quality. The used materials are roasted cocoa cotyledon, crude liquor, and fine liquor which be produced from 2.5—3% moisture content of cocoa roasted beans. The temperature and pressure treatments are 30OC, 40OC, 45OC and 1723 K.Pa
to 16892 K.Pa. The result showed that exctraction of fermented beans is 12% cocoa butter and 22% capasity higher than exctraction of unfermented beans. The optimum operation condition is 0.4 kg crude liquor per batch and 45OC
pre treatment temperature by capacity 2 kg of crude liquor per hour, 0.6 kWh power consumption. This condition extract 33% of cocoa butter equal with 0.14 kg/batch. On the other hand, 1 kg crude liquor consump 1.67 kWh and extract 34.6% of cocoa butter or equal with 0.35 kg/batch. The equipment has capacity 1.2—2.3 kg of crude liquor/hour on ambient temperature condi-tion.
PENDAHULUAN
Dari total produksi kakao Indonesia yang telah mencapai 350.000 ton per tahun, hanya 20% yang diolah dan dipasarkan dalam bentuk olahan (Direktor at Jenderal Perkebunan, 2003). Djatmiko & Wahyudi (1985) melaporkan bahwa biji kakao dapat dimanfaatkan sebagai sumber lemak yang dipergunakan dalam industri pangan, kosmetika, farmasi dan sebagai sumber “flavouring agent” yang dipergunakan dalam industri pangan. Mengingat potensi biji kakao sebagai bahan baku industri, maka masalah kesalahan-kesalahan pengolahan yang berakibat timbulnya penurunan mutu perlu
Key words: Cocoa butter, extraction, hydrolic press, batch system.
mendapatkan perhatian yang proporsional. Tujuannya adalah untuk mengimbangi kemungkinan peningkatan persaingan perdagangan nasional maupun internasional dalam segi mutu, mengingat adanya kecen-derungan peningkatan persyaratan mutu dari negara-negara konsumen.
Sebagai salah satu program penelitian utama, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia telah merancang dan mengembang-kan suatu rangkaian alat pengolahan cokelat pada skala pilot plan (Sri-Mulato & Widyotomo, 1999). Keluaran yang diharap-kan adalah diperolehnya produk cokelat dengan biaya produksi relatif murah
murahnamun memiliki kualitas yang baik. Dengan demikian, konsumen lokal terutama golongan masyarakat menengah ke bawah mampu membeli produk tersebut dan pada gilirannya dapat meningkatkan konsumsi cokelat dalam negeri. Menurut Minifie (1982), proses produksi cokelat tidak harus menggunakan alat dan mesin yang canggih. Lebih lanjut Sri-Mulato et al. (2004) melaporkan bahwa proses produksi cokelat dapat juga menggunakan peralatan yang relatif sederhana tergantung pada kebutuhan pasar akan mutu produk yang dihasilkan. Hal tersebut mengacu pada upaya untuk me-ngembangkan teknologi proses dan peran-cangan alat mesin pengolahan cokelat khususnya untuk mendukung industri cokelat skala Usaha Kecil Menengah (UKM) di dalam negeri.
Ekstraksi lemak kakao merupakan salah satu tahap yang penting dalam rangkaian proses produksi makanan dan minuman cokelat. Lemak kakao diolah untuk produk makanan setelah dicampur dengan pasta, gula, dan bahan-bahan lainnya (Misnawi
et al., 2006). Lebih lanjut Djatmiko &
Wahyudi (1985) melaporkan bahwa lemak kakao memiliki sifat yang unik, yaitu tidak mencair pada suhu kamar, tetapi mencair pada suhu tubuh sehingga dapat juga dipakai sebagai bahan baku industri farmasi dan kosmetika. Sisa hasil ekstraksi lemak berupa bungkil padat merupakan bahan baku utama pembuatan bubuk untuk makanan atau minuman cokelat.
Lemak kakao dapat dipisahkan dari komponen keping biji (nib) pascasangrai dengan prinsip dikempa atau pengenaan tekanan, baik secara terputus (batch)
maupun kontinyu. Ekstraksi lemak kakao secara kontinyu dapat dilakukan dengan menggunakan sistem screw expeller, sedang-kan ekstraksi lemak kakao secara terputus dapat dilakukan dengan menggunakan tabung berkempa hidrolik. Salah satu keuntungan proses ekstraksi lemak kakao secara kontinyu adalah kapasitas produksi per satuan waktu tinggi, sedangkan beberapa kelemahannya adalah memiliki disain konstruksi mesin yang lebih rumit, biaya konstruksi dan biaya perawatan serta pengadaan suku cadang relatif lebih mahal. Ekstraksi lemak kakao secara terputus dengan menggunakan ta-bung berkempa hidrolik memiliki disain konstruksi yang lebih sederhana, biaya konstruksi dan biaya perawatan serta pengadaan suku cadang relatif lebih terjangkau. Salah satu kelemahan dari sistem ekstraksi lemak kakao secara terputus ada-lah kapasitas produksi per satuan waktu yang masih relatif rendah. Namun demikian, ekstraksi lemak kakao dengan menggunakan tabung berkempa hidrolik tampaknya sesuai dengan kondisi UKM di Indonesia karena biaya investasi yang rendah, kemudahan operasional dan perawatannya (Sri-Mulato
et al., 2004).
Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia telah melakukan rancangbangun alat kempa hidrolik untuk proses ekstraksi lemak kakao secara terputus (batch). Alat tersebut dirangkaikan dalam satu paket alat dan mesin untuk memproduksi makanan dan minuman cokelat siap konsumsi skala pilot
plan yang sesuai dan terjangkau oleh
pengusaha kecil baik secara teknologis maupun harga. Dengan demikian, konsumen lokal terutama golongan masyarakat
menengah ke bawah mampu membeli produk tersebut dan pada gilirannya dapat meningkatkan konsumsi cokelat dalam negeri.
Tulisan ini membahas mengenai kinerja alat kempa hidrolik untuk proses ekstraksi lemak kakao secara terputus skala usaha mikro kecil dan menengah yang akan dirangkaikan pada alat pengolahan cokelat pada skala pilot plan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari kinerja alat kempa hidrolik sistem terputus sehingga diperoleh kondisi optimum pengoperasian yang dapat digunakan sebagai acuan kerja dengan mutu produk akhir yang baik. Kajian kinerja teknis dan karakteristik lemak kakao hasil pengempaan dari aspek sifat fisik, juga akan dibahas.
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Pengolahan Hasil dan Rekayasa Alat dan Mesin Pengolahan Kopi dan Kakao, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia, Jember, Jawa Timur, pada bulan Agustus sampai Oktober 2006.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah biji kakao lindak kering terfermentasi (fermented beans) dan tidak terfermentasi (unfermented beans) hasil Kebun Percobaan Kaliwining, Jember. Biji kakao terfermentasi memiliki kisaran kadar air 7—8% (basis basah), kadar kulit
12—13%, rerata kerapatan curah 453 kg/m3 dan setelah melalui proses sehingga telah terpisah dari kotoran dan benda asing lainnya, diperoleh biji kakao dengan sifat yang mendekati seragam serta masuk dalam klasifikasi mutu A dengan 86—100 biji per 100 g biji kakao kering. Hasil analisis labora-torium menunjukkan bahwa biji kakao tersebut memiliki rerata kadar lemak 53%. Biji kakao tidak terfermentasi memiliki kisaran kadar air 6—7% (basis basah), rerata kadar kulit 19%, rerata kerapatan curah 601 kg/m3 dan setelah melalui proses diperoleh biji kakao dengan sifat yang mendekati seragam serta masuk dalam klasifikasi mutu S dengan lebih dari 120 biji per 100 g biji kakao kering (DSN, 2002).
Sebelum proses pemecahan biji dan pemisahan kulit dari komponen keping biji, biji kakao tersebut terlebih dahulu disangrai menggunakan mesin sangrai biji kakao tipe silinder pada kisaran suhu 120—130OC selama 25—30 menit sampai diperoleh tingkat kemasakan yang relatif seragam dengan kadar air 2,5—3% sebagaimana dilakukan Widyotomo et al. (2005). Kondisi bahan kakao yang digunakan sebagai bahan baku pengempaan lemak terdiri atas tiga perlakuan sebagaimana ditampilkan pada Gambar 1, yaitu (A) Keping biji, (B) pasta kakao kasar, dan (C) pasta kakao halus.
Keping biji kakao diperoleh dari proses pemecahan biji dan pemisahan kulit (shell) kakao pada kondisi putaran poros mesin 500 rpm, dan kecepatan aliran udara 2,8 m/detik dengan kapasitas kerja mesin 268 kg/jam seperti yang dilakukan Widyotomo et al., (2005). Pasta cokelat diperoleh dari proses pemastaan tahap I dengan menggunakan
mesin pemasta tipe ulir dengan kapasitas kerja operasional 29 kg/jam. Keping biji yang semula berbentuk partikel padat kasar dihancurkan sampai ukuran 300—400 µm dan berubah bentuk menjadi pasta yang kemudian digunakan sebagai bahan penelitian sebagai yang dilakukan Sri-Mulato
et al. (2004). Pasta halus diperoleh dari
proses pemastaan tahap II dengan meng-gunakan mesin pemasta tipe silinder bertingkat (multy cylinder) dengan kapasitas kerja operasional 6 kg/jam. Alat penghalus lanjut (refining) dirancang dan dibuat di
Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indone-sia dengan komponen utama terdiri atas bak penampung pasta, lima buah silinder penghalus yang disusun vertikal, dan mo-tor penggerak.
Peralatan utama yang digunakan adalah alat kempa hidrolik tipe terputus beserta kelengkapannya (Gambar 2), dan beberapa alat dan mesin bantu seperti mesin sangrai, mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pascasangrai (desheller), mesin pemasta kasar tipe ulir (screw expeller), mesin
Gambar 1. Diagram alir penelitian.
penghalus pasta (refiner), alat ukur kadar air Digimost (digital moisture tester), alat pencatu data berupa komputer dan data
ac-quisition FLUKE, alat ukur kecepatan putar
(tachometer) TECPEL 1501, timbangan digi-tal dengan beban m aksimum 50 kg, timbangan analitik, dan beberapa peralatan bantu lainnya.
Deskripsi Alat Ekstraksi Lemak Kakao S is tem Kemp a Hidrolik S ecara Terputus
Alat ekstraksi lemak kakao sistem kempa hidrolik secara terputus memiliki lima bagian penting, yaitu silinder pengempa, sistem hidrolik, tabung tegak, rangka, dan wadah
P 1 T 2 7 6 5 4 8 9 2 1 3 Keterangan (Notes) :
1. Rangka (beam) 6. Pompa hidrolik (hidroulic pump) 2. Tabung silinder kempa (pressing cylinder tube) 7. Motor listrik (electric motor) 3. Silinder kempa (pressing cylinder) 8. Tabung tegak (cocoa chamber)
4. Penampung lemak kakao (cocoa butter cup) 9. Indikator tekanan dan tuas kendali (control system) 5. Tangki penampung oli (oil chamber).
Gambar 2. Alat kempa hidrolik tipe batch untuk ekstraksi lemak kakao.
penampung. Silinder pengempa dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) dengan ukuran diameter dan panjang masing-masing 60 mm, dan 430 mm. Silinder pengempa berfungsi untuk memberikan tekanan yang cukup pada bahan yang akan diekstraksi kandungan lemaknya. Untuk menghindari terjadinya kebocoran di antara dinding tabung dan silinder kempa, maka pada bagian depan silinder kempa dilapisi karet pejal dengan ketebalan 10 mm. Silinder kempa dapat digerakkan naik dan turun dengan adanya sistem hidrolik.
Sistem hidrolik yang digunakan terdiri atas komponen sebagai berikut :
1. Selang hidrolik berdiameter 25,4 mm tempat mengalirnya oli dari tangki pe-nampung oli ke tabung silinder kempa. 2. Tenaga penggerak berupa satu unit
mo-tor listrik berdaya 3 HP, 3 phase dan putaran poros 1420 rpm yang berfungsi memutar pompa sehingga oli dapat mengalir di dalam selang hidrolis. 3. Tangki penampung oli yang dibuat dari
plat baja tebal 6 mm berdiameter 360 mm dan tinggi 255 mm yang berfungsi sebagai tempat penampung oli.
4. Tuas kendali serta indikator tekanan kempa skala maksimum 35000 psi atau 250 kg/cm2.
Tabung tegak berfungsi untuk menam-pung bahan yang akan dikempa, dibuat dari pipa baja tahan karat (stainless steel) tebal 10 mm, berdiamater 55 mm, dan tinggi 80 mm. Pada bagian dinding tabung dibuat delapan alur lubang berdiameter 1 mm, dan
masing-masing alur terdiri dari 10 lubang. Selain mengalir ke bawah karena adanya gaya gravitasi, lemak cair yang telah lepas dari pori-pori keping biji akan mengalir keluar melalui lubang-lubang yang terdapat di dinding tabung tegak. Lemak akan ter-tampung di wadah penampung lemak yang diletakkan tepat di bawah tabung tegak. Rangka utama dibuat dari plat baja tebal 10 mm dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 1000 mm, 800 mm, dan 1800 mm.
Pelaksanaan Penelitian Perlakuan
Kinerja alat ekstraksi lemak kakao sistem kempa hidrolik secara terputus untuk ekstraksi lemak kakao dievaluasi dalam tiga jenis bahan baku, yaitu keping biji kakao, pasta kasar, dan pasta halus yang masing-masing sebelum proses pengempaan dikenakan perlakuan pemanasan di dalam oven selama 1-2 jam pada suhu 40 dan 45OC. Perlakuan bobot dari masing-masing jenis bahan yang akan dikempa adalah 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g, 750 g, dan 1000 g. Ulangan pengempaan untuk setiap perlakuan di atas dilakukan sebanyak 3 kali. Sebagai kontrol dilakukan proses pengempaan keping biji, pasta kasar, dan pasta halus tanpa perlakuan pemanasan.
Pengukuran
Parameter yang diukur meliputi tekanan pengempaan, lama pengempaan, berat bahan yang diumpankan, berat lemak yang
di-peroleh, berat bungkil (padatan tersisa), dan arus listrik untuk menghitung kebutuhan daya pengempaan.
Tolok ukur
Beberapa tolok ukur yang digunakan dalam penentuan kondisi optim um pengoperasian alat kempa adalah :
1. Kapasitas pengempaan (Kp)
Kapasitas kerja alat ekstraksi lemak kakao sistem kempa hidrolik secara batch (Kp) ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Persamaan di atas digunakan untuk menentukan nilai kebutuhan daya untuk proses pengempaan dengan tenaga penggerak sebuah motor listrik 3 phase.
HASIL DAN PEMBAHASAN Bahan baku penelitian berupa biji kakao terfermentasi dan tidak terfermentasi disangrai secara terpisah pada kisaran suhu 120-130OC selama 25-30 menit sampai diperoleh tingkat kematangan yang relatif seragam dengan kadar air antara 2,5-3%. Biji kakao pascasangrai kemudian dipecah dan bagian keping biji dipisahkan dari kulit secara mekanis sebagai dilakukan Widyotomo
et al. (2005). Perlakuan kondisi bahan uji
untuk proses pengempaan berupa keping biji, pasta kasar dan pasta halus, diperoleh melalui tahapan pengolahan baku produk kakao sekunder (Sri-Mulato et al., 2005). Tekanan kempa hidrolik yang digunakan dalam proses pengempaan lemak kakao antara 1723 K.Pa sampai 16892 K.Pa. Lemak akan terpisah dan keluar dari wadah penyaring melalui dinding tabung dalam fase cair berwarna putih kekuningan.
Kinerja alat kempa hidrolik diuji dengan menggunakan biji kakao tidak difermentasi dan biji terfermentasi. Gambar 3 menunjuk-kan bahwa ekstraksi biji kakao terfermentasi dengan menggunakan alat kempa hidrolik akan memberikan kadar lemak 12% lebih tinggi dibandingkan dengan hasil ekstraksi biji kakao tidak terfermentasi. Untuk pengempaan biji kakao terfermentasi, alat kempa hidrolik akan memiliki kapasitas kerja 22% lebih tinggi jika dibandingkan untuk pengempaan biji kakao tidak terfermentasi.
2. Kadar lemak (KL)
Kadar lemak yang diperoleh ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
3. Daya yang diperlukan
Kebutuhan daya untuk proses pengempaan (Dp) dditentukan dengan persamaan sebagai berikut (Setiawan, 2007): 2
√
V.I.t3
Dp,kWh =
Berat lemak kakao (cocoa butter weight),kg KL,%=
Berat kakao (cocoa weight),jam (hour)
3
Dp = daya yang diperlukan (power), kWh V = tegangan (voltage), V
I = arus (current), A
t = waktu (time), detik (second)
Kp,kg / jam (kg/h)= Berat bahan (material weight),kg
Suatu indikasi bahwa makin pendek waktu fermentasi, biji kakao akan memiliki sifat yang lebih keras dan sulit untuk dilumatkan. Diduga biji kakao dengan waktu fermentasi pendek memiliki nisbah antara jumlah partikel non lemak dan senyawa lemaknya masih relatif besar. Makin lama waktu fermentasi, jumlah senyawa organik yang terurai semakin banyak. Senyawa yang telah terurai akan keluar dan meninggalkan rongga-rongga kosong dalam jaringan keping biji kakao. Makin lama waktu fermentasi, jumlah rongga akan semakin banyak sehingga biji kakao yang terfermentasi selama 5 hari akan memiliki sifat yang lebih rapuh dan lemak akan lebih mudah terekstraksi dibandingkan dengan biji kakao yang tidak difermentasi. Widyotomo et al. (2001), dan Yusianto
et al. (1997) melaporkan bahwa kadar lemak
biji kakao yang difermentasi 0,07—5,69% lebih tinggi daripada yang tidak
difer-mentasi. Fermentasi dapat menurunkan kadar bahan bukan lemak, sehingga secara relatif kadar lemak meningkat. Biji yang difer-mentasi di dalam peti kayu memiliki kadar lemak 45,7%, sedangkan perlakuan fermen-tasi di dalam karung yang dibalik setiap hari hanya memiliki kadar lemak 42%.
Proses ekstraksi yang dilakukan secara terus menerus menyebabkan ukuran partikel keping biji dan pasta yang semula kasar akan mengecil dan mendekati ukuran sel-sel daging biji tempat senyawa lemak kakao tersimpan di dalamnya. Sel-sel tersebut kemudian pecah karena tekanan, kemudian senyawa lemak keluar dan bebas (Sri-Mulato et al., 2004). Sifat lemak kakao yang licin menyebabkan keping biji, pasta kasar dan pasta halus yang semula padat dan kental menjadi bahan yang padat dan remah. Namun demikian, Gambar 5 menunjukkan bahwa kapasitas kerja alat
Gambar 3. Kapasitas kerja alat dan kadar lemak dari proses pengempaan bahan terfermentasi dan tidak terfermentasi.
Figure 3. Work capacity and cocoa butter extracted from pressing process of fermented and unfermented
materials. 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Fermentasi (fermented) Tidak fermentasi (unfermented) Bahan baku
Lemak (butter),% Kapasitas (capacity),kg/jam (kg/h)
Bahan baku (low materials)
Fermentasi(fermented) Tidak fermentasi(unfermented)
kempa tertinggi sebesar 2,3 kg/jam diperoleh untuk ekstraksi lemak kakao dari bahan uji berupa pasta kasar, sedangkan kapasitas kerja alat kempa terendah 0,96 kg/jam diperoleh untuk ekstraksi lemak kakao dari bahan uji berupa keping biji. Kebutuhan daya terendah sebesar 1,04 kWh diperlukan untuk pengempaan pasta kasar, sedangkan kebutuhan daya tertinggi sebesar 2,23 kWh diperlukan untuk pengempaan pasta halus. Keping biji kakao terfermentasi yang digunakan sebagai bahan uji memiliki ukuran partikel 2—4,75 mm sesuai yang dilakukan Widyotomo et al. (2007), sedangkan ukuran partikel pasta kakao kasar dan pasta halus masing-masing 300—400 µm, dan 20—30 µm sesuai yang digunakan Sri-Mulato et
al. (2004). Hasil penelitian menunjukkan
bahwa lemak yang terekstrak dari pasta halus
lebih tinggi dibandingkan dengan ekstraksi lemak dari bahan uji berupa keping biji (nib) maupun pasta kasar (Gambar 4). Kettenberg & Kemmink (1993) serta Dimick & Hoskin (1981) menyatakan bahwa untuk industri pengempaan kakao, penyangraian keping biji lebih banyak digunakan karena dianggap lebih merata dalam penyebaran panas sangrai sehingga diperoleh kecepatan penguapan air lebih tinggi dan menghasilkan luaran yang lebih besar. Lebih lanjut Kleinert (1994) dan Ur banski (1998) melaporkan bahwa beberapa kelemahan yang terdapat dalam penyangraian biji kakao utuh adalah hasil sangrai yang kurang merata karena variasi ukuran biji dan migrasi lemak dari keping biji ke kulit.
Sri-Mulato et al. (2004) menyatakan bahwa suatu alat pengolahan dianggap
Gambar 4. Hubungan perlakuan bahan baku terhadap kadar lemak yang dapat terekstrak. Figure 4. Relationship between material treatments to percentage of cocoa butter extracted.
0 20 40 60 80 100
nib Pasta kasar (crude liquor) Pasta halus (Fine liquor)
Jenis bahan (materials)
Lemak (butter) Bungkil (cake)
Pasta halus (Fine liquor)
Lemak (Butter) Bungkil (Cake) Pasta kasar (Crude liquor)
Jenis bahan (Materials) Keping biji (Nib)
efisien jika mampu menghasilkan produk dengan kualitas yang memenuhi standar konsumen dengan biaya pengolahan yang minimal. Biaya energi merupakan faktor penentu utama terhadap biaya proses pe-ngempaan lemak kakao karena alat pengempa bekerja selama kurun waktu tertentu dengan tenaga kerja terampil. Hasil pengukuran daya yang diperlukan selama proses pengempaan lemak dari tiga jenis bahan yang berbeda, yaitu keping biji, pasta kasar dan pasta halus ditampilkan pada Gambar 5. Tampak bahwa konsumsi daya untuk proses ekstraksi lemak kakao dari bahan uji pasta yang diperoleh dari proses pemastaan tahap I paling rendah dengan kapasitas kerja alat kempa yang tertinggi. Lebih lanjut Sri-Mulato et al. (2005) melaporkan bahwa rendemen
pengempaan sangat ditentukan oleh kondisi ukuran partikel yang akan dikempa.
Kajian pengaruh jumlah bahan yang dikempa dengan alat kempa hidrolik juga dilakukan pada tahapan kegiatan penelitian ini. Bahan uji yang digunakan berupa produk pasta hasil pemastaan tahap I. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan jumlah bahan yang dikempa tidak berbanding lurus dengan nisbah peningkatan kadar lemak yang dapat diekstraksi (Gambar 6). Hasil analisis persamaan garis menunjukkan bahwa persentase lemak kakao yang dapat diekstrak (Y) dari sejumlah pasta kakao (X) dengan menggunakan alat kempa lemak kakao hidrolik akan mengikuti persamaan Y = 2,1112 Ln (X) + 34,848 dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9623 (pada
Gambar 5. Hubungan antara perlakuan jenis bahan baku terhadap kapasitas kerja alat dan kebutuhan daya. Figure 5. Relationship between material treatments to work capacity and power consumption.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
nib P ast a kasar (crude liquor) Past a halus (Fine liquor)
Bah an (mate ri al s)
Lemak (butt er) Bungkil (cake)
Keping biji (Nib)
Kapasitas, kg/j
(capacity, kg/h)
Daya (power),
kWh
Pasta kasar (Crude liquor) Pasta halus (Fine liquor)
kisaran beban kerja antara 0,1–0,4 kg), dan Y = 2,68X + 31,917 dengan nilai koefisien korelasi (R) sebesar 0,9889 (pada kisaran beban kerja 0,5–1 kg).
Kapasitas kerja pengempa hidrolik tipe terputus yang diperoleh dengan beberapa beban bobot bahan yang dikempa ditampil-kan pada Gambar 7. Kapasitas kerja teren-dah sebesar 1,2 kg/jam diperoleh pada pengempaan pasta kakao kasar seberat 0,1 kg, sedangkan kapasitas kerja tertinggi sebesar 2,3 kg/jam diperoleh pada pengempaan pasta kakao kasar seberat 0,5 kg.Hasil pengujian menunjukkan karak-teristik kapasitas kerja alat mengikuti persamaan polinomial Y = -3,389X2 + 4,19X + 0,897 dengan Y adalah bobot bahan (kg) dan X adalah kapasitas kerja alat (kg/jam) dengan nilai koefisien korelasi (R) 0,9358 untuk kisaran bobot bahan uji 0,1—1 kg. Semakin berat jumlah bahan yang diumpankan tidak memberikan korelasi positif terhadap nilai kapasitas kerja yang semakin tinggi. Nilai optimum lemak yang dapat diekstrak yaitu 33,3—33,6% adalah pada pengempaan 0,4—0,5 kg bahan uji. Gambar 6 menampilkan bahwa dengan semakin banyak bahan uji yang dikempa maka akan diperoleh kadar lemak yang semakin tinggi. Namun demikian, nisbah antara lemak yang dapat diekstrak dengan bobot bahan yang dikempa semakin kecil. Efisiensi proses pengempaan akan maksimal jika alat kempa dapat dioperasikan pada kondisi kerja dengan kebutuhan daya yang minimal dan dihasilkan massa lemak kakao yang maksimal.
Hasil uji kinerja alat menunjukkan bahwa kebutuhan daya untuk proses pengempaan
pasta kakao kasar pada suhu lingkungan mengikuti persamaan garis Y = 1,56X – 0,0027 denganY adalah daya yang di-butuhkan (kWh), dan X adalah bobot bahan (kg) dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9831 untuk kisaran beban kempa 0,1—1 kg (Gambar 8). Daya terendah untuk proses pengempaan sebesar 0,24 kWh dibutuhkan untuk pengempaan 0,1 kg bahan uji, sedang-kan daya tertinggi sebesar 1,67 kWh di-butuhkan untuk pengempaan 1 kg bahan uji. Pada pengoperasian alat dengan beban kempa 0,4 kg, dibutuhkan daya sebesar 0,6 kWh dengan lemak yang dapat diekstrak sebanyak 33,3% atau setara 0,14 kg, sementara untuk beban kempa 1 kg di-butuhkan daya 1,67 kWh dengan lemak yang dapat diekstrak sebanyak 34,6% atau setara 0,35 kg. Jika disetarakan dengan jumlah bahan 1 kg, pengempaan sistem seri dengan beban bahan uji 0,4 kg akan memberikan selisih 0,012 kg lebih rendah jika di-bandingkan dengan lemak yang dapat diekstrak dari beban kempa 1 kg. Namun, efisiensi konsumsi daya untuk pengempaan beban 1 kg lebih rendah 18% dibandingkan dengan konsumsi daya untuk pengempaan beban 0,4 kg yang dilakukan secara seri.
Hasil pengujian alat menunjukkan hubungan antara jumlah bobot bahan dikempa terhadap ketebalan bungkil yang dihasilkan ditampilkan pada Gambar 9 atau dijabarkan dalam persamaan garis regresi linier Y = 30,189X + 0,2692 dengan Y adalah ketebalan bungkil (mm), dan X adalah berat bahan (kg) dengan koefisien korelasi 0,988 untuk kisaran beban kempa 0,1—1 kg. Ketebalan bungkil terendah sebesar 4 mm diperoleh pada pengempaan pasta kasar
29 30 31 32 33 34 35 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Berat bahan [material weight], kg
K ad a r le m a k [ co co a b u tt e r] , %
Gambar 6. Hubungan antara berat bahan terhadap nisbah lemak yang dihasilkan.
Figure 6. Relationship between material weight with ratio cocoa butter extracted.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Berat bahan [material weight], kg
K a p a si ta s k er ja [ ca p a ci ty ], k g / j [ k g / h ]
Gambar 7. Hubungan antara berat bahan terhadap kapasitas kerja pengempaan.
Figure 7. Relationship between material weight with work capacity of pressing unit.
K ad ar l em ak ( C oc o b utt er )
Berat bahan (Material weight), kg
K ap as ita s ke rj a, k g/ j (C ap ac it y) , kg /h
dengan beban 0,1 kg, sedangkan ketebalan bungkil tertinggi sebesar 29 mm diperoleh pada pengempaan pasta kasar dengan beban 1 kg.
Pengempaan bahan uji berupa pasta kasar dilakukan pada kisaran kuat tekan yang sama untuk semua perlakuan berat bahan uji, yaitu antara 1723 K.Pa sampai 16892 K.Pa. Dengan nilai tekanan kempa dan luas permukaan penampang melintang silinder kempa yang sama, semakin banyak bahan uji yang digunakan maka ketebalan bungkil akan semakin tinggi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketebalan bungkil hasil pengempaan bahan uji 0,4 kg adalah mendekati separuh ketebalan bungkil hasil
pengempaan bahan uji 1 kg. Jika ditinjau dari jumlah lemak yang dapat diekstraksi dan daya yang dibutuhkan untuk proses pengempaan, maka proses pengempaan 0,4 kg lebih efisien.
Hasil pengujian alat kempa lemak kakao dengan perlakuan suhu pada bahan uji yang digunakan, ditampilkan pada Gambar 10. Makin tinggi suhu yang dikenakan pada bahan uji prapengempaan, maka perentase lemak yang dapat terekstrak semakin tinggi pula. Proses pengempaan yang dilakukan secara bertahap dengan pemberian tekanan yang semakin besar menyebabkan sel-sel keping biji pecah dan senyawa lemak terpisah dan terbebas. Sifat kekentalan pasta cokelat yang
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Berat bahan [material weight], kg
K e b u tu h a n d a y a [p o we r co n sum p ti o n ], k W h
Gambar 8. Hubungan antara berat bahan terhadap kebutuhan daya pengempaan. Figure 8. Relationship between material weight with power consumption.
Berat bahan (Material weight), kg
K eb utu ha n d ay a (P ow er c o ns u m pti on ), k w h
dipengaruhi oleh suhu berpengaruh pada jumlah lemak yang dapat diekstrak. Lemak kakao yang licin menyebabkan pasta kakao yang semula kental menjadi encer. Sri-Mulato et al. (2004) melaporkan bahwa komponen utama pasta kakao secara umum terdiri atas senyawa lemak dan partikel non-lemak. Senyawa lemak memiliki titik leleh yang relatif rendah, 36—37OC dan juga memiliki sifat alir yang baik, sebaliknya partikel non-lemak memiliki sifat kesat dan sedikit agak keras.
Persamaan garis linier yang terbentuk dari hubungan antara suhu yang dikenakan terhadap bahan uji sebelum di kempa (X) terhadap persentase lemak yang dapat
terekstrak (Y), mengikuti persamaan Y = 1,85X + 26,25 dengan nilai koefisien korelasi 0,9737 pada kisaran pengenaan suhu 30-45OC. Namun demikian, pengkajian pengaruh suhu yang lebih tinggi terhadap persentase lemak yang dihasilkan perlu dikaji lebih mendalam untuk dapat menentukan nilai optimal suhu yang dapat diterapkan untuk memperoleh persentase lemak yang maksimal. Sri-Mulato et al. (2004) melapor-kan bahwa untuk produk cokelat susu, suhu proses yang dapat diterapkan sebaiknya tidak lebih dari 70OC karena pasta cokelat yang masih membutuhkan tambahan komponen lemak akan cenderung mempunyai aroma “cooked flavour” atau karakter aroma yang terlalu matang.
Gambar 9. Hubungan antara berat bahan terhadap ketebalan bungkil. Figure 9. Relationship between material weight with cake width.
y = 30.189x + 0.2692 R2 = 0.9763 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Berat bahan [material weight], kg
K e te b a la n b u n g k il [ ca k e wi d th ], m m
Berat bahan (Material weight), kg
K et eb al an b un g ki l (C ak e w ig th ), m m
Sri-Mulato et al. (2005) melaporkan bahwa rendemen pengempaan sangat di-pengaruhi oleh kondisi pasta, seperti ukuran partikel, tekanan kempa, kadar air, dan suhu. Lemak kakao akan relatif mudah diekstrak pada suhu 40—45OC, kadar air kurang dari 4% dan ukuran partikel lebih kecil dari 75 mm. Jika dibiarkan pada suhu kamar 30— 34OC, lemak kakao akan mudah membeku.
KESIMPULAN
Hasil uji kinerja alat kempa hidrolik tipe terputus untuk ekstraksi lemak kakao me-nunjukkan bahwa ekstraksi biji kakao terfermentasi memberikan kadar lemak dan kapasitas kerja masing-masing 12% dan 22% lebih tinggi dibandingkan dengan hasil
ekstraksi biji kakao tidak terfermentasi. Kondisi operasional optimal diperoleh pada beban kempa 0,4 kg pasta kasar dan suhu bahan prapengempaan 45OC dengan diperoleh kapasitas kerja 2 kg pasta kasar/ jam, dan kebutuhan daya sebesar 0,6 kWh dengan lemak yang dapat terekstrak sebanyak 33,3% atau setara 0,14 kg. Untuk beban kempa 1 kg dibutuhkan daya 1,67 kWh dengan lemak yang dapat terekstrak sebanyak 34,6% atau setara 0,35 kg.
Kapasitas alat untuk pengempaan pasta kasar kakao pada suhu kamar berkisar pada 1,2 – 2,3 kg/jam pada tekanan kempa pada 1723–16892 K.Pa. Persentase lemak yang terekstrak dari pasta halus kakao lebih tinggi dibandingkan dengan ekstraksi lemak dari bahan uji berupa keping biji maupun pasta
Gambar 10. Hubungan antara suhu bahan terhadap kadar lemak yang dapat terekstrak. Figure 10. Relationship between material temperature with cocoa butter extracted.
0 20 40 60 80 100 % Lemak (butter) Bungkil (cake) 30 Co 40 Co 45 Co Suhu (temperature) Co Lemak (Butter) Bungkil (Cake)
kasar, masing-masing adalah 16,45%, 33,22%, dan 37,25%.
Berdasarkan kondisi bahan uji, kapasitas kerja alat kempa tertinggi sebesar 2,3 kg/ jam diperoleh untuk ekstraksi lemak kakao dari pasta kasar dengan kebutuhan daya 1,04 kWh, sedangkan kapasitas kerja alat kempa terendah 0,96 kg/jam diperoleh untuk ekstraksi lemak dari keping biji dengan kebutuhan daya 1,58 kWh. Pada perlakuan berat bahan yang dikempa, kapasitas kerja terendah sebesar 1,2 kg/jam diperoleh pada pengempaan pasta kakao kasar seberat 0,1 kg, sedangkan kapasitas kerja tertinggi sebesar 2,3 kg/jam diperoleh pada pengempaan pasta kakao kasar seberat 0,5 kg.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapakan terima kasih kepada Sdr. Agung Setiawan, mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor atas segala bantuan yang telah diberikan sampai dengan selesainya kegiatan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Dewan Standarisasi Nasional (2002). Standar Nasional Indonesia : Biji Kakao. SNI No. 01-2323-2002. Departemen Pertanian, Jakarta.
Dimmick, P.S. & J.M. Hoskin (1981). Chemico-physical aspects of chocolate process-ing-a review. Canadian Institute of Food Research and Technology Jour-nal, 4, 269—281.
Direktorat Jenderal Perkebunan (2003). Statistik Perkebunan Indonesia 2000—2003,
Kakao. Direktorat Jenderal Per-kebunan, Jakarta.
Djatmiko, B. & T. Wahyudi (1985). Aspek pengolahan dan mutu cokelat lindak dan mulia. Prosiding Seminar Cokelat 1985. Balai Penelitian Perkebunan Jember.
Kattenberg, H.R. & A. Kemmink (1993). The fla-vor of cocoa in relation to the origin and processing of the cocoa beans. p.1—22. In : G. Charalambous (Ed.). Food Flavor, Ingredients and Com-position. New York: Elsevier Sci. Publ. Kleinert, J. (1994). Cleaning, roasting, and winowing. P. 56—69. In : S.T. Becket (Ed.). Industrial Chocolate Manufac-ture and Use. New York: Van Nostrand Reinhold.
Minifie, W.B. (1982). Chocolate, Cocoa and Confectionery Science and Technol-ogy, 2nd Ed. The AVI Publshing Co., Inc., Wesport, Connecticut.
Misnawi; Susijahadi; J. Selamat; T. Wahyudi, & N. Putriani (2006). Pengaruh konsentrasi alkali dan suhu koncing terhadap cita rasa, kekerasan, dan warna permen cokelat. Pelita Perkebunan, 22, 119—135.
Setiawan, A. (2007). Penentuan Kondisi Pengempaan Lemak Kakao (cocoa but-ter) Secara Mekanik. Skripsi. Departemen Teknik Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Sri-Mulato & S. Widyotomo (1999). Kinerja alat dan mesin produksi lemak dan bubuk cokelat skala kelompok tani. Makalah Seminar Evaluasi Hasil Penelitian ALSINTAN, Bogor.
Sri-Mulato; S. Widyotomo & Hesti Nur’aini (2004). Kinerja alat penghalus pasta
cokelat tipe silinder berputar. Pelita Perkebunan, 20, 37—53.
Sri-Mulato; S. Widyotomo; Misnawi & E. Suharyanto (2005). Pengolahan Produk Primer dan Sekunder Kakao. Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia. Urbanski, J.J. (1989). Cocoa Roasting. The Manufacture Confectioner, 11, 58—62. Widyotomo, S.; Sri-Mulato & E. Suharyanto (2005). Kinerja mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pasca sangrai tipe pisau putar. Pelita Perkebunan, 21, 184—199.
Widyotomo, S.; Sri-Mulato, & Yusianto (2001). Karakteristik biji kakao kering hasil pengolahan dengan metode fermentasi dalam karung plastik. Pelita Per-kebunan, 17, 72—84.
Yusianto; H. Winarno & T. Wahyudi (1997). Mutu dan pola cita rasa biji beberapa klon kakao lindak. Pelita Perkebunan, 13, 171—187.
