Sri-Mulato; S. Widyotomo; Misnawi & E. Suharyanto (2005). Petunjuk Teknis Pengolahan Produk Primer dan Sekunder Kakao. Bagian Proyek Pene-litian dan Pengembangan Kopi dan Kakao, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia. Jember.
Suhargo (2001). Daya Saing Kakao dan Produk Kakao, Training Quality Assurance in Cocoa Processing. Program Studi Teknologi Hasil Perkebunan, FTP, UGM. Yogyakarta.
Syarief, A. M. & E. A. Nugroho (1992). Teknik Reduksi Ukuran Bahan. PAU Pangan dan Gizi. IPB.
Widyotmo, S.; Sri-Mulato & E. Suharyanto (2005). Kinerja mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pascasangrai tipe pisau putar (rotary cutter). Pelita Per-kebunan, 21, 184—199.
Widyotomo, S.; H. K. Purwadaria; A. M. Syarief & Sri-Mulato (2004). Peru-bahan distribusi ukuran partikel tepung iles-iles hasil pengolahan dengan metode penggilingan bertingkat. Majalah Ilmiah Agritech, 24, 82—91.
Widyotomo, S.; Sri-Mulato & Yusianto (2001). Karakteristik biji kakao kering hasil pengolahan dengan metode fermentasi dalam karung plastik. Pelita Per-kebunan, 17, 72—84.
sangrai jika pisau rotari berputar pada kecepatan di antara 500—900 rpm, dan laju aliran udara 2,7—2,8 m/detik. Nilai koefisien korelasi tertinggi diperoleh pada laju aliran udara 2,7 m/detik, diikuti pada laju aliran udara 2,75 m/detik, dan terendah pada laju aliran udara 2,8 m/detik. Hal ini menun-jukkan bahwa hubungan perlakuan laju aliran udara 2,7 m/detik terhadap nilai rerata diameter geometris keping biji kakao pasca-sangrai yang dihasilkan ternyata lebih baik jika dibandingkan pada laju aliran udara 2,75 m/detik maupun 2,8 m/detik.
KESIMPULAN
Kecepatan putar 500 rpm dan laju aliran udara 2,8 m/detik memberikan nilai peru-bahan distribusi ukuran, rerata diameter geometris, indeks keseragaman, derajat kehalusan, dan dimensi rerata yang terbaik. Karakteristik partikel keping biji kakao pada kondisi operasi tersebut adalah 74,5% keping biji kakao pascasangrai memiliki ukuran diameter lebih besar dari 2 mm dan lebih kecil dari 4,75 mm. Nilai rerata diameter geometris, dimensi rerata, derajat kehalusan, dan indeks keseragaman masing-masing 2,119 mm; 0,864 mm; 3,052 mm dengan 80% berupa partikel kasar dan 20% berupa partikel berukuran sedang.
DAFTAR PUSTAKA
Amin, S. (1996). Permasalahan kakao Sulawesi di pasaran Amerika Serikat. Makalah dalam Forum Orientasi Penerapan dan Pengembangan Teknologi untuk Pem-bangunan Daerah Tingkat I Sulawesi Selatan.
ASAE STANDARDS (1998). Method of Determinig and Expressing Fineness of Feed Materials by Sieving. ANSI/ ASAE S319.3 JUL97. American Na-tional Standards Institute.
Beckett, S.T. (2000). Industrial Chocolate Manu-facture and Use. Van Nostrand Rein-hold 115 Fifth Avenue, New York. Dewan Standarisasi Nasional (2002). Standar
Nasional Indonesia : Biji Kakao. SNI No. 01-2323-2002. Departemen Per-tanian, Jakarta.
Hall, C.W. & D.C. Davis (1979). Processing Equipment for Agricultural Product. Second Eds. The AVI Publ. Co. Inc., Wesport, Connecticut.
Hayashi, H.; D. R. Heldman & T. I. Hedrick. (1969). Influence of spray-drying con-ditions on size and size distribution of nonfat dry milk particels. Journal of Dairy Science, 52, 31—37.
Henderson, S.M. & R.L. Perry (1976). Agri-cultural Process Enginering. Second Edition. The AVI Publishing, Westpot, Connecticut.
Lopez, A.S. & Mc. Donald (1981). A defini-tion of descriptors to be used for the qualification of chocolate flavours in flavor testing, Revista Theobroma, 11, 209—217.
McCabe, W.L.; J.C. Smith & P. Harriot (1999). Operasi Teknik Kimia. Eds 4. Terje-mahan oleh E. Jasfi. Erlangga. Jakarta. Minifie, B. W. (1980). Chocolate, Cocoa and Confectionery : Science and Tecnology (2nd Edition.). Avi Publ. Co. : Westport, Conn.
Sri-Mulato (2002). Perancangan dan pengujian mesin sangrai biji kopi tipe silinder. Pelita Perkebunan, 18 , 31—45.
dimensi rerata partikel tertinggi diperoleh pada perlakuan kecepatan putar pisau rotari 500 rpm dan kecepatan aliran udara 2,75 m/detik, yaitu 0,889 mm. Sedangkan nilai dimensi rerata partikel terrendah diperoleh pada perlakuan kecepatan putar pisau rotari 900 rpm dan kecepatan aliran udara 2,75 m/detik, yaitu 0,694 mm. Kinerja mesin pengecil ukuran yang ideal antara lain harus memenuhi beberapa sifat sebagai berikut: ukuran produk seragam dan kenaikan suhu selama proses minimum (Henderson & Perry, 1976).
McCabe et al. (1999) melaporkan bahwa bahan dengan ukuran dimensi rerata partikel yang halus tidak menjamin produk tersebut menunjukkan kualitas yang lebih baik dan dalam beberapa hal tidak sebaik butiran dengan ukuran yang lebih besar. Demikian halnya dengan penggilingan biji kakao pascasangrai dengan produk berukuran lebih besar lebih dianjurkan jika dibadingkan dengan produk halus yang mengandung lebih banyak serpihan kulit (shell) ka kao. Peningkatan kecepatan putar pisau rotari selain mengakibatkan partikel keping biji dan kulit berukuran lebih halus, juga ber-dampak pa da penggumpalan partikel
sehingga tidak dapat melalui ukuran lubang saringan yang lebih kecil.
Widyotomo et al. (2004) melaporkan bahwa pengecilan ukuran keripik iles-iles dengan penggiling pisau rotari menghasilkan partikel iles-iles dengan ukuran dimensi rerata 0,803 mm. Pengecilan lanjut dengan mesin penggiling bola kerucut diperoleh ukuran dimensi rerata yang lebih kecil, yaitu 0,302 mm, tetapi dengan permukaan kristal yang pecah dan terkikis.
Ukuran partikel berdampak pada jumlah energi yang diperlukan dalam proses pengecilan ukuran. Energi yang diperlukan untuk mengecilkan satuan bahan sebanding dengan dimensi partikel hasil pengecilan ukuran dan dimensi yang sama dari partikel semula pangkat jumlah tahapan pengecilan (Henderson & Perry, 1976).
Tabel 4 menunjukkan persamaan regresi linier dan koefisien korelasi (R2) hubungan
antara kecepatan putar pisau rotari dan laju aliran udara terhadap nilai dimensi rerata partikel hasil pengecilan ukuran. Persamaan regresi linier tersebut sangat berguna karena dapat digunakan untuk memprediksi nilai dimensi rerata keping biji kakao
pasca-2.7 Y = -0.0744X + 0.9169 0.9937
2.75 Y = -0.0978X + 0.9661 0.8716
2.8 Y = -0.0781X + 0.9233 0.8522
Tabel 4. Persamaan regresi linier nilai dimensi rerata dari beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan aliran udara
Table 4. Linier regression equations of average dimension of cocoa cotyledon from several treatments
Kecepatan aliran udara, m/detik
Air flow, m/s
Persamaan garis linier regresi
Linier regression equations
Koefisien korelasi, R2
Coef corelation, R2
Catatan (Notes) : X adalah kecepatan putar pisau rotari (rpm); Y adalah dimensi rerata (mm) (X is rotation speed of rotary
udara 2,7 m/detik, diikuti pada laju aliran udara 2,75 m/detik, dan terendah pada laju aliran udara 2,8 m/detik. Hal ini menunjuk-kan bahwa hubungan perlakuan laju aliran udara 2,7 m/detik terhadap nilai rerata diameter geometris keping biji kakao pascasangrai yang dihasilkan ternyata lebih baik jika dibandingkan dengan laju aliran udara 2,75 m/detik maupun 2,8 m/detik.
Derajat kehalusan tidak berbanding lurus dengan indeks keseragaman. Meskipun derajat kehalusan dapat memberikan ukuran rata-rata, tetapi tidak menunjukkan penyebaran fraksi halus dan kasar pada contoh bahan hasil penggilingan. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan nilai indeks ke-seragaman (Henrderson & Perry, 1976).
Gambar 7 menampilkan nilai derajat kehalusan keping biji kakao hasil pemecahan dan pengupasan dengan beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari. Nilai derajat kehalusan tertinggi diperoleh pada perlakuan kecepatan putar pisau rotari 500 rpm, dan kecepatan aliran udara 2,75 m/detik, yaitu 3,09. Sedangkan nilai derajat kehalusan terendah diperoleh pada perlakuan kecepatan putar pisau rotari 900 rpm, dan kecepatan aliran udara 2,75 m/detik, yaitu 2,73.
Dimensi Rerata Partikel
Nilai dimensi rerata partikel dari beberapa perlakuan kecepatan putar pisau putar ditampilkan pada Gambar 8. Nilai
Gambar 8. Dimensi rerata keping biji kakao pascasangrai pada beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan hisap blower.
Figure 8. Average dimension of cocoa cotyledon roasted from several rotation speed and air flow treatments.
0.7
Kecepatan putar pisau rotari (Rotation speed), rpm
D im en si r e ra ta ( A ve ra g e d im e n si o n ), m m 0.2 500 700 900
Kasar (crude)2.7 m/d (m/s) Sedang (termperate)2.75 m/d (m/s) 2.8 m/d (m/s) 0.1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Gambar 7. Derajat kehalusan keping biji kakao pascasangrai pada beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan hisap blower.
Figure 7. Fineness modulus of cocoa cotyledon roasted from several rotation speed and air flow treatments
berukuran sedang. Pemilihan kondisi kerja dengan laju aliran udara 2,8 m/detik adalah lebih baik karena mesin akan memberikan produktivitas kerja harian yang lebih tinggi dengan kualitas produk yang sama jika dibandingkan dengan penggunaan kecepatan aliran udara 2,7 m/detik (Widyotomo et al., 2005).
Tabel 3 menunjukkan persamaan regresi linier dan koefisien korelasi (R2) hubungan
antara kecepatan putar pisau rotari dan laju aliran udara terhadap nilai derajat kehalusan partikel hasil pengecilan ukuran. Persamaan regresi linier tersebut sangat berguna karena dapat digunakan untuk memprediksi nilai de raja t ke halusan keping biji kakao pascasangrai jika pisau rotari berputar pada kecepatan di antara 500—900 rpm, dan laju aliran udara 2,7—2,8 m/detik. Nilai koefisien korelasi tertinggi diperoleh pada laju aliran
Kecepatan putar pisau rotari (rotation speed), rpm
D e ra ja t k eh a lu sa n F in en es s m o d u lu s 2.5 500 700 900
Kasar (crude)2.7 m/d (m/s) Sedang (termperate)2.75 m/d (m/s) 2.8 m/d (m/s) 2.6 2,7 2.8 2.9 3.0 3.1 2.7 Y = -0.1396X + 3.1574 0.9973 2.75 Y = -0.179X + 3.2367 0.8838 2.8 Y = -0.1439X + 3.1484 0.75
Tabel 3. Persamaan regresi linier nilai derajat kehalusan dari beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan aliran udara
Table 3. Linier regression equations of fineness modulus of cocoa cotyledon from several treatments
Keterangan (Notes) : X adalah kecepatan putar pisau rotari (rpm); Y adalah derajat kehalusan (X is rotation speed of rotary
cutter (rpm); Y is fineness modulus.
Kecepatan aliran udara, m/detik
Air flow, m/s
Persamaan garis linier regresi
Linier regression equations
Koefisien korelasi, R2
Coef corelation, R2 3.2
atau penyebaran fraksi halus dan kasar hasil pengecilan ukuran (Henderson & Perry, 1976). Nilai indeks keseragaman sebaran keping biji kakao hasil pemecahan dan pemisahan kulit dengan perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan hisapan kipas sentrifugal ditampilkan pada Gambar 6. Lebih lanjut Henderson & Perry (1976) melaporkan bahwa dengan semakin cepat putar unit penggiling, maka akan diperoleh partikel dengan ukuran yang semakin kecil dan seragam. Namun, hasil analisis indeks keseragaman proses penggilingan keping biji kakao pascasangrai menunjukkan bahwa dengan semakin cepat putaran pisau rotari diperoleh lebih banyak partikel dengan ukuran kasar. Fenomena yang terjadi disebabkan oleh keluarnya lemak dari pori-pori mikro keping biji akibat panas yang timbul pada saat proses penggilingan
berlangsung. Partikel keping biji kakao halus menyatu karena ikatan lemak dan adanya panas sehingga membentuk gumpalan yang menyerupai partikel berukuran kasar.
Gambar 6 menunjukkan bahwa antara perlakuan kecepatan putar pisau rotari 500 rpm dengan laju aliran udara 2,75 m/detik dan 700 rpm dengan laju aliran udara 2,7 m/detik terjadi 20% peningkatan partikel kasar. Pada tahapan tersebut, kemungkinan mulai terjadi mekanisme penggumpalan serpihan kulit dengan serpihan keping biji hingga akhirnya terjadi akumulasi maksimum pada perlakuan kecepatan putar 700 rpm, dan laju aliran udara 2,7 m/detik. Nilai indeks keseragaman perlakuan laju aliran udara 2,7 m/detik dan 2,8 m/detik pada kecepatan putar pisau rotari 500 rpm menunjukkan nilai yang sama, yaitu 80% berupa partikel berukuran kasar dan 20% berupa partikel
Gambar 6. Indeks keseragaman keping biji kakao pascasangrai pada beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan hisap blower.
Figure 6. Uniformity index of cocoa cotyledon roasted from several rotation speed and air flow treatments.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 Perlakuan (Treatment) P e rs e n ( b er at /b er at ) (W ei g h t/ w ei g h t) ,% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
meter geometris keping biji kakao perlakuan 700 rpm dan 900 rpm dengan kecepatan hisap 2,75 m/det lebih rendah jika dibanding-kan pada kecepatan hisap 2,8 m/detik. Panas yang timbul menyebabkan lemak merambat keluar dari pori-pori mikro, dan partikel halus keping biji kakao mudah menggumpal satu sama lain sehingga membentuk partikel dengan ukuran yang lebih besar. Pada kece-patan putar pisau rotari 500 rpm, efek panas yang ditimbulkan belum memberikan pengaruh terhadap proses keluarnya lemak dan penggumpalan partikel halus keping biji kakao. Hal tersebut terlihat dari nilai rerata diameter geometris yang makin mengecil.
Widyotomo et al. (2005) melaporkan bahwa adanya gesekan antara bahan dengan permukaan pisau rotari, maupun gesekan antarbahan itu sendiri akan mengakibatkan timbulnya panas di dalam unit pemecah. Lemak kakao yang terkandung di dalam keping biji akan mudah keluar pada kondisi partikel yang lebih kecil dan adanya pengenaan panas. Oleh karena itu, lemak akan mudah menarik serpihan kulit dan menggumpalkannya bersama dengan serbuk keping biji.
Tabel 2 menunjukkan persamaan regresi linier dan koefisien korelasi (R2) hubungan
antara kecepatan putar pisau rotari dan laju aliran udara terhadap nilai rerata diameter geometris partikel hasil pengecilan ukuran. Persamaan regresi linier tersebut sangat berguna karena dapat digunakan untuk memprediksi nilai rerata diameter geometris keping biji kakao pascasangrai jika pisau rotari berputar pada kecepatan di antara 500—900 rpm, dan laju aliran udara 2,7— 2,8 m/detik. Nilai koefisien korelasi tertinggi diperoleh pada laju aliran udara 2,7 m/detik, diikuti pada laju aliran udara 2,75 m/detik, dan terendah pada laju aliran udara 2,8 m/ detik. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan perlakuan laju aliran udara 2,7 m/detik terhadap nilai rerata diameter geometris keping biji kakao pascasangrai yang dihasil-kan ternyata lebih baik jika dibandingdihasil-kan pada laju aliran udara 2,75 m/detik maupun 2,8 m/detik.
Indeks Keseragaman dan Derajat Kehalusan
Indeks kese raga man dan dera jat kehalusan menunjukkan keseragaman hasil
2.7 Y = -0.186X + 2.2163 0.9920
2.75 Y = -0.265X + 2.394 0.8743
2.8 Y = -0.2135X + 2.2823 0.8579
Tabel 2. Persamaan regresi linier nilai rerata diameter geometris dari beberapa perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan aliran udara
Table 2. Linier regression equations of geomatrical diameter average from several treatments
Kecepatan aliran udara, m/detik
Air flow, m/s
Persamaan garis linier regresi
Linier regression equations
Koefisien korelasi, R2
Coef corelation, R2
Catatan (Notes) : X adalah kecepatan putar pisau rotari (rpm); Y adalah rerata diameter geometris (mm) ((X is rotation speed
optimal, 8% serpihan kulit biji masih terikut keping biji. Ukuran serpihan kulit tersebut antara 32—24 mesh atau 0,5—0,71 mm. Upaya memperkecil ukuran serpihan kulit dengan cara pemotongan-penggilingan masih dirasa cukup sulit karena kadar serat yang tinggi, sedangkan kulit lebih bersifat elastis atau liat saat proses pengguntingan peng-gilingan.
Selain itu, serpihan kulit berpotensi mempererat ikatan partikel keping biji dan berdampak pada proses penggumpalan. Upaya memperkecil campuran serpihan kulit dalam keping biji adalah proses penggilingan dengan kecepatan putar yang lebih rendah agar panas yang timbul dapat ditekan serendah mungkin, dan meningkatkan sistem pemisahan agar daya hisap (suching force) blower yang berfungsi memisahkan serpihan kulit dari keping biji menjadi lebih tinggi.
Rerata Diameter Geometris Partikel
Nilai rerata diameter geometris keping biji kakao hasil pemecahan dan pemisahan kulit dengan perlakuan kecepatan putar pisau rotari dan hisapan kipas sentrifugal ditampil-kan pada Gambar 5. Dengan semakin tinggi kecepatan putar pisau rotari dan semakin kuat hisapan blower sentrifugal akan mengakibat-kan rerata diameter keping biji kakao pascasangrai yang dihasilkan semakin kecil. Nilai rerata diameter geometris partikel ter-kecil, yaitu 1,657 mm diperoleh pada per-lakuan kecepatan putar pisau rotari 900 rpm dan laju aliran udara 2,75 m/detik. Nilai rerata diameter geometris partikel terbesar, yaitu 2,187 mm diperoleh pada perlakuan kecepatan putar pisau rotari 500 rpm dan laju aliran udara 2,75 m/detik.
Panas yang timbul pada proses peng-gilingan mengakibatkan nilai rerata
dia-Gambar 5. Rerata diameter geometris keping biji kakao pascasangrai pada beberapa kecepatan putar pisau rotari dan kecepatan hisap blower.
Figure 5. Geomatrical diameter average of cocoa cotyledon roasted from several rotation speed and air flow treatments.
Kecepatan putar pisau rotari (rotation speed), rpm
R er ata d ia m et er g eo m etr is ( A ve ra ge o f ge o m et ri ca l di am et er ), m m 0 0.5 1 1.5 2 2.5 500 700 900
Gambar 3. Perubahan distribusi keping biji kakao pascasangrai pada kecepatan putar pisau rotari 700 rpm dan beberapa kecepatan hisap blower.
Figure 3. Size distribution change of cocoa cotyledon roasted from 700 rpm rotation speed and several air flow treatments.
Gambar 4. Perubahan distribusi keping biji kakao pascasangrai pada kecepatan putar pisau rotari 900 rpm dan beberapa kecepatan hisap blower.
Figure 4. Size distribution change of cocoa cotyledon roasted from 900 rpm rotation speed and several air flow treatments.
4 9 24 32 <32
Ukuran ayakan (Sieve dimension), mesh
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 P e rs en ( b er at /b e ra t) (w ei g t/ w e ig h t) , % 2.8 m/det (m/s) 2.7 m/det (m/s) 2.75 m/det (m/s) 4 9 24 32 <32 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 P e rs en ( b er at /b e ra t) (w ei g t/ w e ig h t) , % 2.8 m/det (m/s) 2.7 m/det (m/s) 2.75 m/det (m/s)
900 rpm, dengan persentase keping biji kakao tertahan di saringan 4 mesh semula antara 12—20%, semakin mengecil menjadi antara 1,3—4,8%. Jumlah keping biji kakao tertahan saringan 9 mesh bertambah 2 hingga 10%, selebihnya bergeser pada saringan 24 dan 32 mesh.
Kulit merupakan salah satu komponen biji kakao yang banyak mengandung serat. Widyotomo et al. (2005) melaporkan bahwa biji kakao pascasangrai yang digunakan untuk proses pemecahan biji dan pemisahan kulit secara mekanis, 82% berupa keping biji, dan 18% berupa kulit biji (shell). Kadar kulit yang tinggi dapat menyebabkan mesin bekerja lebih berat dan jumlah kulit yang tercampur di dalam keping biji relatif lebih besar sehingga akan sulit diperoleh tingkat kehalusan pasta cokelat yang lebih baik.
Salah satu faktor yang menyebabkan keping biji kakao sulit memiliki ukuran yang
lebih kecil dari 9 mesh antara lain lemak yang terkandung di dalam keping biji masih relatif tinggi, yaitu antara 49—52% (Sri Mulato et al., 2005; Amin, 1996). Widyo-tomo et al. (2001) melaporkan bahwa bahan uji merupakan biji kakao yang difermentasi dengan kadar lemak 3,7% lebih tinggi jika dibandingkan dengan biji kakao tanpa fermentasi.
Panas yang timbul pada saat putaran pisau rotari yang tinggi mengakibatkan lemak yang berada di antara pori-pori keping biji mencair, ikatan partikel padatan melemah dan terjadinya efek pelumatan. Pada kondisi demikian, proses pengecilan ukuran akan sulit terjadi karena lemak akan lebih bersifat merekatkan partikel padat keping biji kakao dan berdampak pada proses penggumpalan. Faktor lain adalah kulit biji yang memiliki kadar serat tinggi dan relatif ringan. Hasil penelitian sebelumnya, Widyotomo et al. (2005) melaporkan bahwa pada kondisi kerja
Gambar 2. Perubahan distribusi keping biji kakao pascasangrai pada kecepatan putar pisau rotari 500 rpm dan beberapa kecepatan hisap blower.
Figure 2. Size ndistribution change of cocoa cotyledon roasted from 700 rpm rotation speed and several air flow treatments.
4 9 24 32 <32
4 9 24 32 <32
Ukuran ayakan (Sieve dimension), mesh
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 P e rs en ( b er at /b e ra t) (w ei g t/ w e ig h t) , % 2.8 m/det (m/s) 2.7 m/det (m/s) 2.75 m/det (m/s)
Dalam hal ini, Wi merupakan berat partikel dengan ukuran mesh ke-i (g), dan di merupakan ukuran mesh ke-i (mm).
3. Indeks keseragaman
Indeks keseragaman ditentukan untuk mengetahui sebaran ukuran partikel ber-dasarkan kriteria halus, sedang, dan kasar. Nisbah di dalam kumpulan keping biji kakao pascasangrai, yaitu halus : sedang : kasar, ditampilkan dalam bentuk kuantitatif (Henderson & Perry, 1976) .
4. Derajat kehalusan (Fineness modulus)
Derajat kehalusan atau Fineness modulus (FM) adalah jumlah fraksi yang tertahan pada setiap saringan dibagi 100 (Hall & Davis, 1979).
5. Dimensi rerata partikel
Dimensi rerata partikel (D, mm) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Henderson & Perry, 1976):
D = 0.10414.(2)FM
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perubahan Distribusi Ukuran Partikel
McCabe et al. (1999) melaporkan bahwa partikel zat padat secara individu dikarak-terisasikan dengan ukuran, bentuk dan densi-tasnya. Sejumlah persamaan telah diusulkan untuk menunjukkan hubungan antara banyaknya partikel bahan dengan ukuran
partikel guna mendapatkan hubungannya dengan distribusi. Tidak ada alasan dasar yang mengharuskan bahwa suatu jenis bahan pangan mengikuti salah satu dari persamaan yang diusulkan tersebut (Syarief & Nugroho, 1992).
Mekanisme proses pengecilan ukuran penggiling pisau rotari adalah putaran pisau-pisau yang dipasang dengan jarak yang seragam pada bidang yang dapat berputar sehingga dapat memotong berlawanan dengan pisau yang dipasang tetap pada kerangka (Syarief & Nugroho, 1992). Jarak antara pisau dinamis dan statis yang relatif sempit dan dengan ditempatkannya lubang saringan di bagian bawah menyebabkan aksi pengguntingan biji kakao pascasangrai secara berurutan menjadi lebih efektif dari pada aksi tekanan atau benturan.
Syarief & Nugroho (1992) melaporkan bahwa batas ukuran distribusi partikel bahan pangan berupa tepung adalah ukuran partikel yang terbesar atau terkecil. Perubahan distri-busi ukuran partikel keping biji kakao pasca-sangrai dari perlakuan kecepatan putar pisau putar 500 rpm; 700 rpm dan 900 rpm masing-masing ditampilkan pada Gambar 2, 3, dan 4. Pada kecepatan putar blower sentrifugal yang sama, dengan semakin cepat putaran pisau rotari yang digunakan, maka ukuran partikel keping biji kakao pasca-sangrai akan semakin mengecil. Pada kecepatan putar pisau rotari 500 rpm, 70— 80% keping biji kakao pascasangrai tertahan di saringan 9 mesh, atau memiliki ukuran diameter lebih besar dari 2 mm dan lebih kecil dari 4,75 mm (Gambar 2). Pengecilan ukuran telah terjadi dengan perubahan kecepatan putar menjadi 700 rpm, dan
Parameter yang diukur meliputi kece-patan putar silinder pemecah, berat bahan yang diumpankan maupun produk pemecahan dan pemisahan, serta kecepatan aliran udara penghembus.
Analisis Teknis
Perubahan distribusi dan ukuran partikel keping biji kakao pascasangrai hasil proses penggilingan diukur dengan menggunakan seperangkat saringan Tyler dengan ukuran lubang saringan 32 mesh (0,5 mm), 24 mesh (0,71 mm), 9 mesh (2 mm), dan 4 mesh (4,75 mm).
Dalam melakukan analisis, seperangkat saringan standar disusun secara deret dalam suatu tumpukan. Saringan dengan anyaman paling rapat ditempatkan paling bawah, sedangkan anyaman paling besar ditempatkan paling atas. Contoh keping biji kakao hasil proses penggilingan sebanyak 200 g di-masukkan ke dalam saringan paling atas dan saringan diguncangkan secara mekanis selama 15 menit. Partikel yang tertahan pada setiap saringan dikumpulkan dan ditimbang, dan keping biji kakao pascasangrai pada setiap saringan yang tertinggal tersebut dikonversikan menjadi fraksi massa atau persen massa dari contoh bahan secara keseluruhan. Setiap perlakuan dilakukan ulangan penyaringan contoh keping biji kakao pasca sangrai sebanyak 3 kali. Ulangan penyaringan dilakukan untuk mengetahui konsistensi sebaran fraksi massa yang tertinggal di setiap saringan, dan data yang digunakan merupakan rerata dari jumlah ulangan tersebut. Data yang diperoleh dianalisis untuk menentukan perubahan
distribusi dan ukuran partikel keping biji kaka o pasca sangrai, rera ta diam eter geometris partikel (dg), indeks keseragaman, derajat kehalusan (fineness modulus), dan dimensi rerata partikel. Analisis data ber-pedoman pada ASAE S319.3 (1998), dan Henderson & Perry (1976).
Tolok Ukur
Perubahan karakteristik fisik keping biji kakao pascasangrai karena perlakuan kece-patan putar pisau rotari (rpm), dan kecekece-patan putar kipas sentrifugal (m/detik) ditentukan dengan menggunakan beberapa parameter sebagai berikut :
1. Distribusi ukuran partikel
Perubahan distribusi ukuran partikel keping biji kakao pascasangrai ditentukan dengan menggunakan beberapa saringan Tyler dengan ukuran lubang saringan 32 mesh (0,5 mm), 24 mesh (0,71 mm), 9 mesh (2 mm), dan 4 mesh (4,75 mm). Banyaknya keping biji kakao yang tertinggal pada masing-masing saringan ditampilkan dalam satuan persen (%) pada sumbu y, sedangkan pada sumbu x merupakan ukuran saringan (mesh).
2. Rerata diameter geometris partikel
Rerata dimensi geometris partikel (dg) ditentukan dengan persamaan sebagai berikut ASAE S319.3 (1998) : i i i W d W g d log . . 10
Biji kakao seragam Cacao beans uniform (kadar air, dan ukuran) (moisture content, and size)
Kadar air (moisture content) 6-7% Klas mutu (quality
class): C
Sangrai (roasting) (suhu (temperature)120-130°C,
waktu (time) 25-30 min)
Kadar air (moisture content) 2,5-3%
Mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao
(Cacao desheller) Putaran blower (blower speed)
2.7 m/det (m/s) 2.75 m/det (m/s) 2.8 m/det (m/s)
Putaran pisau rotari (rotation speed)
500 rpm 700 rpm 900 rpm
Serpihan kepingan biji (cacao cotyledon crumbed)
ANALISIS (ANALYSIS)
Distribusi ukuran (size distribution)
Diameter geometrik
(geometric diameter) Fineness modulus
Indeks keseragaman (Uniformity index) Dimensi rerata (average dimension) Serpihan kulit (shell crumbed)
Aliran udara maksimum : 8,5 m3/min
pada tekanan 780 Pa melalui diameter pipa 50 mm.
Mesin dioperasikan dalam tiga level kecepatan putar pisau rotari, yaitu 500 rpm, 700 rpm, dan 900 rpm, masing-masing di-kenakan dengan tiga level kecepatan aliran
udara untuk memisahkan kulit dari keping biji, yaitu 2,7 m/detik; 2,75 m/detik, dan 2,8 m/detik. Ulangan pemecahan biji dan pemisahan kulit untuk masing-masing perlakuan tersebut di atas dilakukan sebanyak 3 kali. Tabel 1 menunjukkan matriks penandaan perlakuan pemecahan biji dan pemisahan kulit kakao.
Gambar 1. Urutan percobaan penggilingan dan parameter yang diukur.
Figure 1. Experimental procedure and the experimental parameters measured. Tabel 1. Matrik penandaan perlakuan pemecahan dan pemisahan kulit kakao
Table 1. Sign matrix for several milling process treatments
500 700 900
2.7 A1 B1 C1
2.75 A2 B2 C2
2.8 A3 B3 C3
Kecepatan aliran udara, m/detik
Air flow, m/s
Kecepatan putar pisau rotari (Rotation speed), rpm
Cocoa beans uniform
(Cocoa desheller)
sebagai metoda analisis distribusi ukuran partikel secara kasar karena prosedur analitik
dan konsep dasarnya mudah (Hayashi et al.,
1969). Untuk menggolongkan bahan dalam kisaran saringan digunakan metode pe-misahan atau pengayakan dengan satu unit seri saringan Tyler. Dasar ukuran lubang adalah saringan 200 mesh, dan setiap lubang merupakan 2 atau 1.414 kali besar lubang dari saringan yang terdahulu. Bentuk lubang bujur sangkar, ukuran lubang adalah dimensi dari satu sisinya (Henderson & Perry, 1976; McCabe et al., 1999). Partikel yang tertahan pada setiap saringan dikumpulkan dan di-timbang, dan massa pada setiap saringan yang tertinggal tersebut dikonversikan menjadi fraksi massa atau persen massa dari contoh bahan secara keseluruhan (McCabe et al., 1999). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh proses peng-gilingan terhadap berbagai perubahan sifat karakteristik keping biji kakao pascasangrai, yaitu perubahan distribusi ukuran partikel keping biji, rerata diameter geometrik partikel, indeks keseragaman, derajat kehalusan (fineness modulus), dan dimensi reratanya.
BAHAN DAN METODE Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Pengolahan Hasil dan Rekayasa Alat dan Mesin Pengolahan Kopi dan Kakao, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia menggunakan bahan berupa biji kakao dari jenis lindak (bulk cocoa) kering yang di-peroleh dari Kebun Percobaan Kaliwining, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia. Biji kakao kering memiliki kisaran kadar air antara 6—7% b.b (basis basah), dan
setelah disortasi diperoleh biji kakao dengan sifat yang mendekati seragam serta masuk dalam klasifikasi mutu C, yaitu terdiri 111—120 biji per 100 g biji kakao kering, menurut klasifikasi DSN (2002). Sebelum proses pemecahan biji dan pemisahan kulit dari komponen keping biji, biji kakao tersebut disangrai terlebih dahulu dengan menggunakan mesin sangrai biji kakao tipe silinder pada kisaran suhu 120—130OC
selama 25—30 menit sampai diperoleh tingkat kematangan yang relatif seragam pada kisaran kadar air 2,5—3%. Analisis dilakukan pada bahan yang keluar dari corong keluaran pertama yang didominasi oleh serpihan keping biji kakao (Widyotomo et al., 2005). Peralatan dan mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin pemecah dan pemisah kulit tipe pisau rotari (rotary cutter) beserta perlengkapannya (Widyotomo et al., 2005), alat ukur kadar air, alat ukur kecepatan putar (tachometer), alat ukur kecepatan aliran udara (anemometer), ayakan Tyler, timbangan digital dengan beban maksimum 50 kg, timbangan analitik, dan beberapa peralatan bantu lainnya.
Mesin pemecah dan pemisah kulit tipe pisau rotari memiliki spesifikasi sebagai berikut (Widyotomo et al., 2005) : Kapasitas kerja : 165–716 kg/jam Penggerak : motor listrik 2 HP, 220 V,
fase tunggal
Sistem transmisi : pulley dan sabuk karet profil V
Unit pemisah kulit (shell) : blower fugal
kelemahan mendasar dari proses pemecahan dan pemisahan biji secara tradisional tersebut adalah persentase keping biji dan kulit hancur sangat besar sehingga menyulitkan proses pemisahan antara kedua komponen tersebut, dan terjadi proses pengerakan di dasar lumpang karena adanya tekanan alat penumbuk yang kontinyu sehingga berakibat pada menurunnya efektivitas pemecahan (Henderson & Perry, 1976). Hasil dari penerapan metode tradisional mengakibatkan tidak tercapainya tujuan sesungguhnya dari proses pemecahan dan pemisahan kulit.
Kulit biji kakao tidak cocok untuk di-konsumsi oleh manusia karena memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi sehingga dapat mengakibatkan rasa pedih. Tingginya kadar kulit dapat menyebabkan flavor produk akhir makanan maupun minuman cokelat yang dihasilkan juga menurun. Beckett (2000) melaporkan bahwa kadar kulit (shell) maksimum di dalam pasta cair (cocoa liquor) siap olah menjadi produk makanan cokelat adalah 1,75%. Sebagaimana yang terjadi pada industri kopi bubuk, industri makanan dan minuman cokelat skala besar umumnya juga didukung oleh mana-jemen, modal dan sumberdaya manusia yang memadai, sehingga industri golongan ini mampu membeli peralatan dan mesin pengolahan produk impor dengan teknologi tinggi. Introduksi peralatan dan mesin pengolahan makanan dan minuman cokelat produk impor ke petani kakao Indonesia memiliki beberapa kelemahan, di antaranya muatan teknologi tinggi yang tidak sepadan dengan kondisi rendahnya tingkat Sumber Daya Manusia dari petani kakao Indonesia sehingga berakibat pada kendala operasional
dan perawatan. Jika terjadi kerusakan, komponen suku cadang sulit diperoleh dan harga relatif mahal karena harus didatangkan dari negara produsen, sehingga proses produksi menjadi tidak efisien, karena umumnya mesin dirancang untuk kapasitas produksi yang besar (Sri-Mulato, 2002).
Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indo-nesia telah merancangbangun mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pasca sangrai tipe pisau rotari (rotary cutter) yang cocok dan terjangkau oleh pengusaha kecil, baik secara teknologi maupun harga. Mesin pemecah dan pemisah kulit ini merupakan salah satu mesin yang dugunakan dalam rangkaian peralatan dan mesin pengolahan untuk menghasilkan minuman dan makanan cokelat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa mesin memiliki kinerja yang baik, 94,5% produk keping biji yang dihasilkan dapat langsung digunakan sebagai bahan baku pengolahan cokelat, dan memiliki mutu produk akhir yang dapat diterima konsumen (Widyotomo et al., 2005).
Penelitian yang mempelajari pengaruh proses penggilingan terhadap perubahan distribusi ukuran partikel tepung iles-iles telah dilakukan, Widyotomo et al. (2004) melaporkan bahwa pengecilan ukuran dengan prinsip penumbukan mengakibatkan kristal glukomanan yang dihasilkan pecah dan terkikis. Telaahan perubahan karakteristik keping biji kakao pascasangrai produk pengecilan ukuran menggunakan penggiling pisau putar akan dilakukan pada penelitian ini. Unit pengecil ukuran yang digunakan adalah mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pascasangrai tipe pisau rotari (rotary cutter). Metoda saringan akan digunakan
Summary
One of important steps in secondarycocoa process is deshelling cocoa beans roasted. The aim of deshelling is to enrich cotyledon cocoa surface area which affects to reduce energy and processing time with good quality of the chocolate product. The objective of this research is to study the influence of milling pro-cess on physical characteristic change of cocoa beans roasted such as size dis-tribution change, geometrical diameter average, uniformity index, fineness modulus, and average dimension of cotyledoncocoa roasted. The Indonesian Coffee and Cocoa Research Institute has designed and tested deshelling of roasted cocoa beans which will be used in this research. Before deshelling process, C grade bulk cocoa beans has been roasted up to 2.5—3% water contents. The result showed that optimal milling process by rotary cutter type milling unit has good size dis-tribution change, geometrical diameter average, uniformity index, fineness modulus, and average dimension on 500 rpm rotary speed and 2.8 m/s air flow. On opti-mal process condition, 74.5% of cocoa cotyledon roasted has diameter size be-tween 2.0—4.75 mm, 2.116 mm average of geometrical diameter, 0.864 mm aver-age dimension, 3.052 fineness modulus, and 80% as crude size particel-20% as temperate size particel on uniformity index. Therefore, more than 80% of cocoa cotyledon roasted has diameter size between 2.0—4.75 mm with 700—900 rpm ro-tary cutter speed. Average of geometric diameter was 1.65—2.19 mm, and the dimension average was 0.69—0.89 mm. Uniformity index was crude size particle up to 80—90%, and in temperate size particle10—20%. Fineness modulus value was 2.73—3.09.
Key words : cocoa, milling, size distribution, roasted beans.
PENDAHULUAN
Pengertian istilah pengecilan ukuran mencakup proses pemotongan, penggilingan dan penumbukan. Pengecilan ukuran di-lakukan dengan cara mekanis tanpa mengubah sifat-sifat bahan kimia yang terkandung di dalam bahan tersebut (Henderson & Perry, 1976). Pemecahan biji dan pemisahan kulit (shell) dari keping biji (nib) kakao pasca-sangrai mer upakan salah satu ta hap pengola han hilir ka kao yang sangat menentukan mutu akhir produk makanan maupun minuman cokelat (Lopez & Donald, 1981). Pemecahan dan pemisahan kulit kakao bertujuan untuk memperbesar luas permukaan hancuran keping biji sehingga pada saat
perlakuan pengempaan dengan bantuan pemanas massa kakao akan menerima panas yang lebih banyak dan seragam (Sri-Mulato et.al, 2005). Selain itu, proses pelumatan massa keping biji menjadi pasta cokelat akan lebih mudah, energi yang dibutuhkan relatif lebih kecil, dan waktu proses lebih singkat. Umumnya, petani kakao melakukan tahapan pemecahan biji dengan cara penumbukan menggunakan lumpang yang terbuat dari batu atau tanah liat, sedangkan proses pemisahan kulit (shell) dari keping biji dilakukan secara manual dengan meng-gunakan tampah, yaitu nampan berbentuk lingkaran yang dibuat dari anyaman bambu. Selain produktivitas kerja yang rendah,
1) Peneliti, Ahli Peneliti dan Teknisi (Researcher, Senior Researcher and Technision); Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia, Jl. P.B. Sudirman 90, Jember 68118, Indonesia.
Pengaruh Penggilingan Biji Kakao Pascasangrai Terhadap
Perubahan Distribusi Ukuran Keping Biji
Influence of Milling Process of Roasted Cocoa Beans on Size Distribution Change of Cocoa Cotyledon
Sukrisno Widyotomo, Sri-Mulato dan Edi Suharyanto1)
Ringkasan
Pemecahan biji dan pemisahan kulit (shell) dari keping biji (nib) kakao pascasangrai merupakan salah satu tahap pengolahan hilir kakao yang sangat menentukan mutu akhir produk makanan maupun minuman cokelat. Tujuan pemecahan dan pemisahan kulit kakao adalah untuk memperbesar luas permukaan hancuran keping biji, sehingga energi dan waktu proses dapat ditekan serendah mungkin dengan mutu produk yang dihasilkan lebih maksimal. Telaahan perubahan karakteristik fisik keping biji kakao pascasangrai produk pengecilan ukuran menggunakan penggiling pisau rotari akan dilakukan pada penelitian ini. Unit pengecil ukuran yang digunakan adalah mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakao pascasangrai tipe pisau rotari (rotary cutter). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh proses penggilingan terhadap berbagai perubahan sifat karakteristik keping biji kakao pascasangrai, yaitu perubahan distribusi ukuran partikel keping biji, rerata diameter geometris partikel, indeks keseragaman, derajat kehalusan, dan dimensi reratanya. Bahan penelitian yang digunakan adalah biji kakao lindak klas mutu C yang telah disangrai dengan kadar air antara 2,5—3%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan kecepatan putar 500 rpm dan aliran udara 2,8 m/detik memberikan nilai perubahan distribusi ukuran, rerata diameter geometris, indeks keseragaman, derajat kehalusan, dan dimensi rerata yang terbaik. Pada kondisi operasi tersebut, 74,5% keping biji kakao pascasangrai memiliki ukuran diameter lebih besar dari 2 mm dan lebih kecil dari 4,75 mm. Nilai rerata diameter geometris, dimensi rerata, derajat kehalusan, dan indeks keseragaman masing-masing 2,119 mm; 0,864 mm; 3,052 mm, dengan 80% berupa partikel kasar, dan 20% berupa partikel berukuran sedang. Pada kecepatan putar 700 rpm dan 900 rpm, lebih dari 80% keping biji kakao pascasangrai memiliki ukuran diameter lebih besar dari 2 mm dan lebih kecil dari 4,75 mm. Nilai rerata diameter geometris dan dimensi rerata keping biji kakao masing-masing antara 1,65—2,19 mm dan 0,69—0,89 mm. Indeks keseragaman keping biji kakao hasil penggilingan adalah 80—90% berupa partikel kasar, dan 10—20% berupa partikel berukuran sedang. Derajat kehalusan keping biji kakao hasil penggilingan antara 2,73—3,09.
