DESAIN DAN UJI KINERJA MESIN PEMISAH LEMBAGA BIJI JAGUNG (DEGERMINATOR) SISTEM BASAH

DESAIN DAN UJI KINERJA MESIN PEMISAH

LEMBAGA BIJI JAGUNG (DEGERMINATOR) SISTEM BASAH

(Design and Evaluation of Wet System Corn Degerminator) Harsono, Suparlan, dan Sigit Triwahyudi

Perekayasa Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian

ABSTRAK

Mesin pemisah lembaga biji jagung (degerminator) diperlukan dalam mendukung pengolahan jagung menjadi beberapa produk turunan jagung, seperti pati jagung (mayzena), protein, minyak jagung, dan pakan ternak. Hal ini disebabkan karena tercampurnya lembaga biji dalam pengolahan jagung menyebabkan tepung yang dihasilkan cepat rusak, karena teroksidasinya asam lemak tak jenuh yang terdapat dalam lembaga (dalam bentuk minyak) teroksidasi oleh oksigen. Tujuan dari perekayasaan ini adalah merancang mesin pemisah lembaga biji jagung dan menguji kinerjanya. Hasil pengujian mesin tersebut menunjukkan bahwa kapasitas mesin pemisah lembaga biji jagung adalah 49,2 kg/jam. Tingkat kebersihan pada pengeluaran 1 (jagung bebas lembaga) adalah 92 % jagung dan 8 % campuran lembaga dan kulit. Tingkat kebersihan pada pengeluaran 2 (kulit dan lembaga) adalah 83 % campuran kulit dan lembaga serta 15 % jagung giling yang terikut.

Kata kunci: Degerminator, pengolahan jagung, penggilingan sistem basah.

ABSTRACT

Corn degerminator is strongly needed to support corn processing in order to produce many kind of corn based food such as corn starch (mayzena), corn oil, and feed. The germ has to remove from the kernels to produce good quality of starch. If the germ still exist , the rancidity or other damaged will be occurred whit in corn flour. Objective of this study was to create corn degeminator and evaluate performance. Result showed that capacity of the machine with regard to separation of the germ that was designed was 49.2 kg/jam. The cleaning level at the first outlet (corn without germ) was 92 % and 8 % of the mixed of germ and corn skin (hull and fiber). The cleaning level at the second outlet (the mixed of corn skin and germ) was 83 % and 15 % of the milled corn without germ.

Key word: Degerminator, corn peocessing, wet milling system.

PENDAHULUAN

Jagung (Zea mays) adalah tanaman semusim yang mempunyai batang berbentuk bulat, beruas-ruas dan tingginya antara 60 – 300 cm. Jagung merupakan komoditas vital dalam industri pangan, kimia maupun industri manufaktur. Di Indonesia jagung juga merupakan merupakan makanan pokok utama yang memiliki kedudukan penting setelah beras.

Deptan memproyeksikan kebutuhan jagung

periode 2001 – 2004 akan mencapai 11 – 12 juta ton per tahun (anonim,2003). Salah satu kendala dalam pemenuhan kebutuhan jagung adalah minimnya pengetahuan petani dalam penanganan pasca panen yang turut memicu tingginya susut bobot dan mutu jagung. Menurut Purwadaria K, (1998) penanganan pasca panen pada kadar air rendah (17 – 20 %) susut bobot mencapai 4,7 % dan susut mutu 9 %, bahkan kehilangan akan lebih besar pada kadar air tinggi (35 – 40 %).

Pengolahan jagung menjadi beberapa produk turunan jagung seperti : pati jagung,

minyak jagung, pakan ternak dan lain-lain, akan memberikan nilai tambah pada komoditas jagung. Pati jagung dapat diperoleh dengan cara mengekstraknya dari biji jagung (Muljohardo, 1987). Pati pada biji jagung terdapat pada beberapa tempat terutama pada endosperm sebesar 86,4 %, sedangkan pada bagian lain seperti lembaga adalah sebesar 8,2 % dan tip capsebesar 5,3 %. Pada bagian endosperm yang horny granula patinya berbentuk anguler atau poligonal dengan ukuran 2 – 30 µ sedang pada bagian yang floury berbentuk bulat (sferis) dengan ukuran 2 – 30 µ (Whistler.R.L. dkk, 1984). Namun demikian upaya diversifikasi olahan produk jagung belum banyak dilakukan masyarakat mengingat masih terbatasnya unit mesin pengolahan jagung yang berkembang dimasyarakat. Hal ini disesbabkan karena perlu perlakuan khusus dalam pengolahan jagung (Haryadi, 2004). Di dalam biji jagung terdapat lembaga yang mengandung minyak, sehingga apabila lembaga tersebut tidak dipisahkan terlebih dahulu, maka produk olahan jagung (tepung, pati) akan cepat rusak (tengik) karena adanya proses oksidasi maupun karena pengaruh air. Selain peralatan yang khusus, juga diperlukan suatu perlakuan khusus untuk memisahkan lembaga dari biji jagung. Ada dua metoda yang umum digunakan dalam pemisahan lembaga biji jagung, yaitu 1) Metode (perlakuan) Basah dan 2) Metoda (perlakuan) Kering (http://www.bealldeg.com/).

Metode yang digunakan dalam pemisahan lembaga biji jagung adalah metode penggilingan basah, yaitu suatu proses dimana biji jagung direndam dengan air sulfur, digiling dan dipisah-pisahkan unsur-unsurnya menjadi empat produk utama yaitu tepung pati, gluten (protein), fiber dan germ (lembaga/minyak) (Anonim, 2001). Pemilihan sistem ini berdasarkan beberapa pertimbangan, yaitu produk yang dihasilkan lebih beragam dengan nilai jual yang tinggi (tepung pati/mayzena, minyak jagung, gula jagung, pati pragelatinasi dan pakan ternak) dibandungkan dengan sistem kering yang terbatas produk dan nilai jualnya (tepung jagung, pakan ternak).

Pemisahan lembaga biji jagung sistem basah (corn wet milling) banyak digunakan pada industri besar di luar negeri, sedangkan di dalam negeri masih terbatas seperti pada PT. Suba Indah, Banten. Untuk mendukung pengembangan agribisnis jagung skala kecil maka dikembangkan mesin pemisahan lembaga biji jagung sistem basah skala kecil sebagai

dasar bagi pembuatan produk turunan jagung yang lain. Tujuan penelitian/perekayasaan ini adalah merancang dan menguji kinerja prototipe mesin pemisah lembaga biji jagung skala kecil (50 kg/jam) dengan pemisahan sistem basah.

BAHAN DAN METODE Bahan dan Peralatan

Bahan yang digunakan dalam perekayasaan ini meliputi bahan rekayasa dan bahan uji. Bahan rekayasa yang dipergunakan antara lain plat stainless steel, plat berlubang stainless steel, besi siku, papan kayu, as stainless steel, motor listrik, pompa air dan lain- lain. Bahan uji yang dipergunakan adalah jagung pipil (varietas arjuna, KA 14 %), asam laktat, sodium bisulfat dan air. Adapun peralatan (instrumen) yang dipergunakan meliputi peralatan bengkel untuk rekayasa (mesin potong plat, penekuk plat dan lain-lain) dan peralatan uji meliputi tachometer, thermometer, stop wacth, timbangan, gelas ukur, dan ember.

Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam perekayasaan ini meliputi penelitian pendahuluan, perancangan ,pabrikasi mesin pemisah lembaga biji jagung serta pengujian.

Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui proses yang paling optimum dalam proses pemisahan lembaga biji jagung.

Penelitian pendahuluan di lakukan di BBPMektan dan IPB. Parameter yang diukur meliputi sifat-sifat fisik dan kimia jagung seperti bulk density jagung pipil, suhu gelatinisasi jagung, bulk density slury, serta temperatur dan lama perendaman yang dibutuhkan. Parameter sifat fisik dan kimia antara lain meliputi ukuran biji jagung, tempering, kapasitas degerminator dan parameter sifat bahan teknik yang meliputi pemilihan jenis material/bahan unuk pemisahan lembaga, ukuran plat perforated dan lain-lain.

Parameter yang diperlukan dalam perancangan dan pabrikasi mesin meliputi mekanisme kerja mesin, proses fabrikasi (tingkat kemudahan dalam pengerjaan), standar komponen fabrikan, pemilihan bahan (bahan minimal, bahan yang kuat), biaya fabrikasi dan lain-lain. Parameter tersebut merupakan hal-hal yang berpengaruh dalam penentuan rancangan dan unjuk kerja mesin pemisah lembaga biji jagung.

Pengujian yang dilakukan meliputi uji

fungsional dan uji unjuk kerja. Tujuan uji fungsional adalah untuk mengetahui berfungsi atau tidaknya bagian-bagian utama alsin tersebut. Selanjutnya dilakukan penyempurnaan bila belum berfungsi secara optimal. Sedangkan uji unjuk kerja berfungsi untuk mengetahui unjuk kerja mesin pemisah lembaga dari biji jagung yang telah selesai dibuat. Selanjutnya dilakukan modifikasi untuk penyempurnaan bila belum berfungsi optimal. Parameter yang diamati dalam pengujian adalah temperatur perendaman, lama waktu perendaman, kapasitas tangki perendaman, waktu pemisahan, kapasitas pemisahan dan tingkat kebersihan hasil pemisahan. Adapun tahapan dalam pengujian mesin pemisah lembaga biji jagung berdasarkan prosedur yang baku (anonym, 2000).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Rancangan Alsin Pemisah Lembaga Biji Jagung

Perancangan alsin pemisah lembaga biji jagung sangat ditentukan oleh produk akhir jagung yang diinginkan. Alsin pemisah lembaga biji jagung dirancang menggunakan sistem penggilingan basah (corn wet milling). Pemilihan sistem ini berdasarkan beberapa pertimbangan, yaitu produk yang dihasilkan lebih beragam dengan nilai jual yang tinggi (tepung pati/mayzena, minyak jagung dan pakan ternak).

Alsin pemisah lembaga biji jagung terdiri dari beberapa komponen sesuai dengan tahap pemisahan lembaga biji jagung menggunakan system basah (corn wet milling) (Anonim,2001).

Adapun komponen-komponen utama dari alsin pemisah lembaga biji jagung terdiri dari :a) Unit Perendaman, b) Unit Penggilingan, c) Unit Hidrosiklon dan d) Ulir pembawa. Hasil rancangan alsin pemisah lembaga biji jagung seperti terlihat pada Gambar 1.

Unit Perendaman

Unit perendaman merupakan salah satu komponen penting dari alsin pemisah lembaga biji jagung. Unit ini terdiri dari tangki perendaman dan bagian pemanas berfungsi sebagai tempat proses berlangsungnya perendaman (steeping). Steeping adalah

proses perendaman jagung di dalam larutan sulfur pada temperatur sekitar 50^oC, selama 48 – 50 jam. Proses ini berfungsi untuk melunakkan lapisan pektin (kulit) sehingga dapat menyerap air dan melunakkan bagian endosperm yang bertujuan untuk mempermudah pelepasan lembaga (germ), membuatnya menjadi lebih lembab dari bagian endosperm, sehingga mudah dipisahkan. Disamping itu juga untuk melepas dan memperkuat kulit ari sehingga memungkinkan untuk lepas dengan bagian yang besar. Temperatur yang digunakan pada proses perendaman jagung sebelum pemisahan lembaga, harus memperhatikan temperatur terjadinya gelatinisasi pati. Gelatinisasi pati merupakan peristiwa pembentukan gel yang dimulai dengan hidrasi pati, yaitu proses penyerapan molekul-molekul air oleh molekul- molekul pati. Jika suspensi granula pati dalam air dipanaskan hingga mencapai suhu 60 – 70 ^o C sedikit demi sedikit granula pati yang besar menggelembung dengan cepat (Rooney et al, 1999).

Kapasitas tangki perendaman yang dirancang disesuaikan dengan kapasitas pemisahan alsin pemisah lembaga biji jagung.

Dengan kapasitas alsin pemisah lembaga biji jagung sekitar 50 kg/jam, maka kapasitas perendaman dirancang sekitar 300 – 500 kg per proses. Sehingga jagung yang diperoleh dari satu kali proses perendaman dapat dipergunakan untuk produksi selama satu hari, dengan asumsi 8 jam kerja/hari.

Kapasitas tangki perendaman dihitung dengan rumus volume silinder yaitu :

V = π. r². t ...1) Dimana :

V = Volume r = jari-jari t = tinggi tabung

Dengan bulk density jagung pipil sebesar 0,7 kg/liter, maka untuk jagung seberat 500 kg dibutuhkan volume ruangan 714,3 liter. Dari parameter tersebut dirancang tangki dengan dimensi: diameter 60 cm tinggi 1,2 m dan kemiringan corong pengeluaran 45^o, disesuaikan dengan angel of repose jagung pipil basah. Volume jagung yang direndam adalah sekitar 60-70 % volume tangki, sehingga air perendaman dapat merendam semua jagung.

Gambar 1. Rancangan Mesin Pemisah Lembaga Biji Jagung Sistem Basah.

Unit perendaman (steeping) dilengkapi

dengan bagian pemanas yang berfungsi untuk memanaskan air perendaman dan menjaga temperaturnya konstan. Berdasarkan parameter-parameter perendaman yang dpersyaratkan (proses perendaman jagung pada larutan sulfur dengan temperatur sekitar 50^oC, selama 48 – 50 jam), maka bagian pemanas yang dirancang harus dapat menjaga temperatur perendaman seperti yang dipersyaratkan.

Unit Penggilingan

Proses ini merupakan bagian dari proses pemisahan lembaga biji jagung. Adapun proses penggilingan ini adalah merupakan proses penghancuran/ penggilingan biji jagung untuk memudahkan didalam pemisahan unsur-unsur yang terkandung dalam jagung. Penggilingan yang dipakai dalam proses ini adalah penggiling tipe disc mill.

Unit Hidrosiklon

Proses pemisahan secara mekanis dilakukan dengan proses sentrifugasi di dalam hidrosiklon. Proses ini menggunakan prinsip gravitasi, dimana bagian slurry (endosperm) akan turun ke bawah karena berat jenisnya lebih besar (Morandi,M., 1996). Sedangkan bagian lembaga dan kulit karena lebih ringan akan mengapung dan terbawa keluar melewati pintu pengeluaran di atas.

Ulir Pembawa

Ulir berfungsi sebagai pembawa sekaligus pengatus untuk mengurangi air yang berasal dari proses penggilingan basah. Ulir ini dipasang pada unit penggilingan dan terletak di bawah penggiling jagung.

Volume yang dipindahkan tiap putaran, dalam hal ini dipengaruhi oleh beberapa parameter yang harus digunakan dalam perancangan adalah:

- Diameter dalam saringan

- Jarak atau celah antara ulir (pitch) - Diameter As ulir (screw)

Dalam kondisi sebenarnya volume yang dipindahkan dalam satu putaran berbentuk satu spiral dengan ketebalan tertentu. Namun dalam hal ini dilakukan pendekatan volume cincin dengan ketebalan tertentu sebagai berikut:

diameter saringan sebagai diameter luar cincin, diameter As sebagai diameter dalam cincin dan pitch merupakan ketebalan. Maka untuk menentukan volume yang dipindahkan dalam satu putaran digunakan persamaan volume cincin sebagai berikut :

(

2²

)

2

4

φ

1

φ

π

_{× −}

= p

V ……… 2)

Dimana :

V = Volume yang di pindahkan dalam satu putaran (mm³)

π = 3.14

P = Jarak antara screw atau pitch (mm) φ1 = Diameter luar screw (mm)

φ2 = Diameter dalam screw (mm)

Gambar 2. Sketsa Parameter Volume yang

Dipindahkan Tiap Putaran

Dari rumus di atas dihitung rpm screw pembawa dari penggilingan, yaitu :

Volume bahan yang dipindahkan 167 liter/jam (50 kg, bulk density 0,3 kg/liter). Diameter screw luar 150 mm, diameter dalam 25 mm, dan jarak antar screw 80 mm. Maka volume bahan yang dapat dipindahkan untuk satu kali putaran adalah 1,374 liter. Sehingga apabila kapasitas penyaluran yang diinginkan sebesar 167 liter/jam (2,783 liter/menit) maka RPM screw yang dibutuhkan adalah sebesar 2,783/1,374 = 2,03 dibulatkan menjadi 3 RPM.

Pengujian Alsin Pemisah Lembaga Biji Jagung

Pengujian dilakukan di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Serpong.

Alsin pemisah lembaga biji jagung ini mempunyai tiga pintu pengeluaran, yaitu : - Pintu pengeluaran 1 adalah pengeluaran

jagung giling bebas lembaga (berada di hidrosiklon)

- Pintu pengeleluaran 2 adalah pengeluaran lembaga dan kulit jagung (berada di hidrosiklon)

- Pentu pengeluaran 3 adalah pengeluaran endapan hasil penggilingan (berada di bawah screw peniris)

Adapun komposisi hasil pemisahan pada pengujian yang telah dilakukan adalah:

- Pintu pengeluaran 1 (jagung giling bebas lembaga) sebesar 48,6 %.

- Pintu pengeluaran 2 ( kulit dan lembaga) sebesar 20,7 %

- Pintu pengeluaran 3 (endapan hasil penggilingan) sebesar 20,7 %.

Hasil analisa sampel terhadap tingkat kebersihan dalam pemisahan pada pengeluaran 1 dan 2 disajikan pada Tabel 1 dan 2.

Sedangkan kapasitas alsin pemisah lembaga biji jagung adalah 49,2 kg/jam bahan masuk.

Secara lebih lengkap disajikan pada Tabel 3.

Dari Tabel 1 dan 2 diketahui bahwa pada pengeluaran 1 (penampungan jagung giling bebas lembaga) tingkat kebersihannya cukup tinggi yaitu 92,5 %., dengan lembaga dan kulit yang terikut sebesar 7,25 %. Sedangkan pada pengeluaran 2 (penampungan kulit dan lembaga) tingkat kebersihan adalah sebesar 84,5 % (kulit dan lembaga), sedangkan jagung giling yang terikut sebesar 15,5 %.

Adapun kelemahan mesin ini adalah belum dapat berfungsi secara kontinyu, terutama pada bagian hidrosiklon. Hal ini disebabkan karena kapasitas pemisahannya masih terlalu kecil sehingga apabila dilakukan pemisahan secara terus menerus, maka lama kelamaan tingkat kebersihannya semakin rendah. Untuk mengatasinya maka akan dilakukan modifikasi dengan memperbesar dimensi hidrosiklon dan meningkatkan debit air yang masuk ke dalam hidrosiklon.

Tabel 1 : Hasil analisa sampel pintu pengeluaran 1 (Jagung Giling Bebas Lembaga) jagung giling bebas lembaga Jagung+lembaga Ulangan Berat Sampel

(gram) (gram) (%) (gram) (%)

1 2 3

50 50 50

46,1 46,3 46,4

92,2 92,6 92,8

3,9 3,7 3,6

7,8 7,4 7,2

Rata-rata 50 46,27 92,50 3,73 7,50

Tabel 2 : Hasil analisa sampel pintu pengeluaran 2 (Lembaga dan kulit jagung) jagung giling bebas lembaga Jagung+lembaga Ulangan Berat Sampel

(gram) (gram) (%) (gram) (%)

1 2 3

50 50 50

7,8 7,5 7,6

15,6 15,0 15,2

42,2 42,5 42,4

84,4 85,0 84,8

Rata-rata 50 7,6 15,3 42,4 84,7

Tabel 3 : Kapasitas Kerja Berdasarkan Waktu

Ulangan Bahan Masuk (kg) Waktu (menit) Kapasitas (kg/jam) 1

2 3 4 5

24,6 25,2 24,0 23,4 25,8

30 30 30 30 30

49,2 50,4 48,0 46,8 51,6

Rata-rata 49,2

KESIMPULAN

1. Kapasitas mesin pemisah lembaga biji jagung yang di rekayasa adalah 49,2 kg/jam, dengan tingkat kebersihan pada pengeluaran jagung bebas lembaga adalah 92 % jagung dan 8 % campuran lembaga dan kulit, tingkat kebersihan pada pengeluaran kulit dan lembaga adalah 83 % campuran kulit dan lembaga serta 15 % jagung giling yang terikut.

2. Proses pemisahan pada hidrosiklon belum bisa berlangsung secara kontinyu.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2000, Corn Wet Milling Lab, Warren. N, Madison Area Technical College.

Anonim, 2001. CornQuality for Industrial Uses, http://ianrpubs.unl.edu/fieldcrops/g1115.ht m.

Anonim, 2002 Beall Degerminators, http://www.bealldeg.com/

Anonim, 2003, Swasembada Jagung Diperkirakan akhir 2004, Berita Pertanian, 13 Mei 2003.

Haryadi, 2004. Ragam Pangan Pokok dan Pengolahannya di Indonesia, Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar pada fakultas Teknologi Pertanian, UGM, Yogyakarta.

Morandi, M., 1996. Turbulence and Bifurcation in the Motion of a Hydrocyclon, Universita di Padova, Padova, Italy.

Muljohardo, M., 1987. Teknologi Pengolahan Pati, PAU Pangan dan Gizi UGM, Yogyakarta.

Purwadaria H.K., 1988, Teknologi Penanganan Pascapanen Jagung, DEPTAN_FAO- UNDP, Development and Initialization of Post Harvest Tools and Equipment.

INS/088/007.

Rooney, L.M, and E.L Suhendro, 1999.

Perspective on Nixtamalization of Maize Tortillas and Snacks (dalam Chemical and

Physicochemical Properties of Starch after Industrial Nixtamalization, Vasquez,J.F.T., and Gomez-Aldapa,C.A) Cereal Chem 78 (5) .

Whistler.R.L, James N.B., Eugene F.P., 1984, STARCH : Chemistry and Technology, second edition, Academic Press inc.,Orlando.

Gambar 3 : Alsin pemisah lembaga biji jagung

Gambar 4 : Pengeluaran bahan hasil penggilingan

Gambar 5 : Pengeluaran lembaga dan kulit dari hidrosiklon

Gambar 6 : Lembaga dan kulit hasil pemisahan

Gambar 7 : Pengeluaran endapan dari penggilingan

Gambar 8 : Endapan hasil penggilingan