2.1 Pengertian pengeringan
Pada awal peradaban, manusia hidup secara berkelompok dala komunitas kecil dengan gaya hidup sederhana sebagai petani- pengumpul dan memenuhi kebutuhan hidup secara mandiri. Namun terdapat keterbatasn serta ketidakpastian dalam ketersediaan pangan dialam, terutama dalam jumlah yang besar dan musim yang mendorong manusia untuk mencari tau cara dalam menyimpan serta mengawetkan makanan hasil panen atau tangkapan yang melimpah. Sehingga, manusia pada zaman itu memanfaatkan SDA (sumber daya alam) seperti matahari dan angin untuk proses pengawetan melalui pengeringan. Teknik pengeringan sebagai pengawet sudah ditemukan sejak 20.000 SM pada masa paleolitikum ( zaman batu tua). Perkembangan teknik pengeringan ini sendiri terus berlanjut, hingga sekitar 500 SM manusia menemukan cara penguapan air laut dengan bantuan matahari untuk memproduksi garam sebagai bahan pengawet alami. Dan perkembangan ini terus bergerak di berbagai negara untuk mengeringkan beragam jenis pangan (Asiah & Djaeni, 2021)
2.2 Prinsip dasar Pengeringan
Menurut Manfaati (2020), terdapat dua mekanisme perpindahan yang terjadi selama proses pengeringan, yaitu perpindahan massa dan perpindahan panas. Perpindahan panas terjadi ketika energi panas dari udara pengering berpindah ke bahan yang dikeringkan.
Tahap pertama, air bergerak dari bagian dalam bahan ke permukaan melalui proses difusi.
Dan tahap kedua, air mencapai permukaan bahan melalui penguapan. Proses pengeringan sendiri dapat dibagi menjadi dua kategori berdasarkan cara bekerja, yaitu:
1. Pengeringan batch (tidak kontinyu), yaitu Ketika semua bahan dimasukan kedalam alat pengering sekaligus dikeringkan dalam siklus waktu tertentu
2. Pengeringan kontinyu yaitu bahan dimasukkan ke dalam pengering secara teratur dan produk kering dikeluarkan secara teratur.
Secara umum, perpindahan panas dapat terjadi melalui tiga mekanisme utama yaitu:
1. Konduksi, atau perpindahan, adalah perpindahan panas melalui suatu zat padat tanpa perpindahan partikel zatnya. Panas yang merambat dari ujung sendok logam yang dimasukkan ke dalam air panas adalah salah satu contohnya.
2. Konveksi, juga dikenal sebagai convection, adalah perpindahan panas yang terjadi ketika massa fluida (cair atau gas) bergerak. Contohnya adalah aliran partikel fluida itu sendiri, seperti aliran udara panas dalam oven atau pergerakan air yang dipanaskan.
3. Radiasi: Perpindahan panas yang terjadi melalui gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan medium perantara. Panas yang dihasilkan oleh matahari sampai ke bumi adalah salah satu contoh radiasi.
Ketiga mekanisme ini sering terjadi secara bersamaan dalam berbagai proses teknik, seperti sistem pengeringan, pembakaran, pemanasan, dan pendinginan ataupun pengeringan (jamilah et al,2021).
Menurut biksono (2021), Pengeringan adalah salah satu teknik pengawetan yang paling lama digunakan. Ini lebih kompleks karena dapat menyebabkan perubahan sifat fisik, kimia, atau organoleptik yang tidak diinginkan pada produk akhir. Proses
pengeringan, khususnya untuk produk pertanian, bertujuan untuk menurunkan kadar air hingga tingkat yang cukup rendah untuk menekan aktifitas mikroorganisme pembusuk dan memperlambat laju reaksi kimia yang dapat merusak kualitas produk. Akibatnya, umur simpan produk menjadi lebih panjang dan kualitasnya tetap terjaga.
Secara umum, dua tujuan utama pengeringan adalah untuk memperpanjang masa penyimpanan bahan dengan menurunkan kadar air sehingga mencegah perkembangan mikroorganisme dan proses pembusukan, dan untuk mengurangi volume dan berat bahan sehingga mengurangi biaya penyimpanan dan distribusi. Selama proses ini, bahan kehilangan sebagian atau seluruh kandungan airnya, baik air bebas maupun air yang terikat secara fisik atau kimia dalam strukturnya (BIKSONO,2021). Pada proses pengeringan, udara panas dialirkan dan bersentuhan langsung dengan permukaan bahan, sehingga memungkinkan terjadinya dua proses simultan secara bersamaan: pertama, perpindahan panas dari udara ke dalam bahan, dan kedua, perpindahan uap air dari bagian dalam bahan menuju permukaan, lalu ke udara sekitarnya. Kadar air bahan sendiri merupakan parameter penting yang menunjukkan seberapa banyak kandungan air dalam bahan, baik dalam bentuk air bebas yang mudah menguap maupun air terikat yang memerlukan energi lebih tinggi untuk dilepaskan (sushanti,2022)
2.3 Mekanisme Pengeringan Bahan Padat
Hingga saat ini, penelitian dalam bidang fisika klasik yang berpusat pada pemahaman fenomena alam melalui pendekatan rumus-rumus empiris masih sangat relevan, khususnya dalam studi proses pengeringan bahan. Salah satu teknik pengolahan bahan yang paling penting adalah pengeringan sendiri, yang bertujuan untuk mengurangi jumlah air dalam suatu bahan hingga tingkat tertentu yang dianggap aman untuk penyimpanan, distribusi, atau penggunaan jangka panjang. Oleh karena itu, pengeringan menjadi salah satu langkah penting dalam berbagai bidang seperti teknologi pangan, pertanian, farmasi, dan material teknik. Namun, analisis kuantitatif dari proses ini masih dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan fisika klasik. Salah satu tahapan penting dalam penanganan pasca panen adalah proses pengeringan. Dalam proses ini, panas dan massa secara bersamaan ditransfer dari sumber panas ke bahan yang dikeringkan. Ketika panas masuk ke bahan, air menguap dari permukaannya, dan uap air kemudian berpijak di permukaan. Pengurangan kadar air ini sangat penting untuk menghentikan perkembangan mikroorganisme dan menekan aktivitas enzimatis, yang memungkinkan bahan pertanian disimpan dalam jangka waktu yang lebih lama tanpa kehilangan kualitasnya (gunawan et al,2024)
Suhu udara, kecepatan aliran udara, kadar air awal bahan, dan ketebalan lapisan bahan yang dikeringkan adalah beberapa faktor yang memengaruhi kinerja atau efektivitas proses pengeringan. Dengan suhu dan kecepatan aliran udara yang lebih tinggi, proses pengeringan dapat dipercepat karena energi panas yang tersedia untuk menguapkan air meningkat. Bahan yang ditumpuk terlalu tebal, di sisi lain, akan memperlambat proses pengeringan karena hambatan panas yang lebih besar menuju inti bahan. Sebaliknya, lapisan bahan yang lebih tipis memungkinkan proses pengeringan berlangsung lebih
cepat dan merata. Faktor kelembapan relatif (RH) memainkan peran penting dalam menentukan kadar air akhir sebuah bahan. Ketika tekanan uap antara permukaan bahan dan udara sekitar berbeda, RH yang rendah akan mempercepat proses evaporasi. Selain itu, laju aliran udara sangat penting karena membawa energi panas yang dibutuhkan untuk proses penguapan dan membantu menghilangkan uap air dari permukaan bahan. Ini dilakukan untuk meningkatkan efisiensi proses pengeringan dengan mengurangi ketebalan bahan dan memperpendek jarak antara sumber panas dan permukaan bahan, yang memungkinkan panas untuk masuk lebih cepat ke bahan dan mempercepat proses pengeringan secara keseluruhan (gunawan et al, 2024)
2.4 Tray Dryer: Definisi dan Cara Kerja
Proses pengeringan menggunakan panas untuk menguapkan dan mengurangi kadar air suatu bahan. Meskipun jumlah air yang dihilangkan relatif kecil, penghilangan ini sangat penting untuk mencegah kerusakan bahan. Tujuan utama dari pengeringan adalah untuk memperpanjang masa simpan bahan dengan mengurangi kadar air, sehingga bahan menjadi lebih stabil dan tidak mudah rusak dan tahan lama. Dengan menurunnya kadar air, aktivitas mikroorganisme dan reaksi enzimatik dalam bahan dapat secara efektif ditekan, yang pada akhirnya mencegah penurunan mutu atau kerusakan bahan (handoyo
& pranoto, 2020). Dalam proses pengolahan bahan, terutama bahan yang sensitif terhadap panas, beberapa teknik pengeringan yang umum digunakan adalah tray drying dan vacuum drying. Metode tray drying menggunakan pengering kotak atau kabinet. Dalam proses ini, sampel atau bahan diletakkan secara merata pada nampan yang disusun dalam rak dan kemudian dialiri udara panas secara langsung untuk menguapkan kandungan air dalam bahan. Sistem ini memungkinkan pengeringan yang konsisten dan efektif.
Sementara itu, pengeringan vakum, juga dikenal sebagai pengeringan vakum, adalah proses di mana air atau pelarut dalam bahan diuapkan dengan menurunkan tekanan di dalam ruang pengering. Dalam kondisi tekanan rendah, titik didih pelarut lebih rendah dari normal, yang memungkinkan pengeringan berlangsung pada suhu yang lebih rendah.
Hal ini sangat membantu dalam mempertahankan kualitas senyawa aktif atau bagian volatil yang sensitif terhadap panas, seperti aroma, vitamin, dan senyawa bioaktif lainnya.
Akibatnya, metode vacum drying banyak digunakan untuk bahan-bahan farmasi, herbal, dan produk berharga lainnya yang memerlukan penanganan khusus (nurwanto dan suswantinah,2022).
Menurut irwan (2020), Kandungan senyawa kimia yang terkandung didalam suatu bahan atau tanaman akan dipengaruhi pada suatu proses pengeringan, terutama senyawa yang memiliki khasiat sebagai antioksidan. Kandungan fenolik dan flavonoid didalam suatu tanaman mempunyai aktfitas antioksidan yang kestabilannya dapat dipengaruhi proses pengeringan. Suhu pengeringan terbaik adalah 55°C, yang menunjukkan bahwa suhu ini ideal untuk mempertahankan senyawa antioksidan dalam bahan. Suhu pengeringan lebih tinggi dapat menurunkan aktivitas antioksidan karena senyawa bioaktif seperti polifenol dan flavonoid sangat sensitif terhadap panas berlebih dan dapat mengalami degradasi termal. Selain itu, metode pengeringan menggunakan oven atau oven drying memiliki keunggulan tersendiri, terutama dalam hal kestabilan suhu selama proses berlangsung. Suhu yang konstan memungkinkan proses pengeringan berjalan lebih terkontrol dan seragam, sehingga hasil akhir yang diperoleh menjadi lebih konsisten baik dari segi kadar air maupun kandungan zat aktifnya. Hal ini menjadikan metode oven
drying sebagai salah satu pilihan yang efektif untuk mengeringkan bahan yang mengandung senyawa fungsional sensitif, seperti antioksidan, tanpa merusak komponen penting yang dikandungnya.
Menurut Setiawan et al. (2024), tray dryer merupakan salah satu alat pengering yang umum digunakan dalam industri pengolahan makanan kering karena kemampuannya yang andal dalam mengalirkan panas secara stabil ke bahan yang dikeringkan. Alat ini dirancang untuk mempercepat proses pengeringan melalui konduksi panas yang efisien, sehingga proses dapat berlangsung lebih cepat dan merata. Lebih dari sekadar mengurangi kadar air, pengeringan dengan tray dryer juga bertujuan untuk menjaga karakteristik sensorik produk, terutama dalam mempertahankan cita rasa asli serta membantu pembentukan aroma khas yang muncul selama proses pemanasan. Oleh karena itu, kontrol suhu dan kelembapan menjadi aspek penting dalam pengoperasian tray dryer.
Salah satu faktor penentu keberhasilan dalam pengeringan menggunakan alat ini adalah sirkulasi udara panas, yang berperan dalam menjaga kestabilan suhu dan efisiensi penguapan air dari permukaan bahan. Kecepatan dan pola sirkulasi ini, selain dipengaruhi oleh desain alat, juga sangat bergantung pada sifat termal produk seperti kapasitas panas spesifik dan konduktivitas termalnya.Alat tray dryer dibuat dengan bahan pelindung yang terbuat dari baja tahan karat dengan ketebalan sekitar 0,6 milimeter, yang memiliki ketahanan tinggi terhadap korosi dan panas. Sementara itu, bagian kaki mesin dibuat dari bahan galvanis, yang juga dikenal sebagai tahan karat, yang memungkinkan struktur alat secara keseluruhan menjadi kokoh.
Gambar 2. 1 Mechanical Design of the tray drying machiene. Sumber : (Setiawan et al,2025)
Trey dryer terdiri dari beberapa rak bertingkat yang digunakan sebagai wadah untuk meletakkan bahan yang akan dikeringkan secara merata di atasnya. Dua komponen utama utama tray dryer adalah pemanas udara dan kipas blower. Elemen pemanas menghasilkan panas, dan kipas blower mensirkulasikan udara panas ke seluruh area pengering. Penguapan adalah proses di mana kandungan air dalam bahan diubah menjadi uap air, yang kemudian dilepaskan ke udara. Saat digunakan, bahan disusun di atas rak untuk dikeringkan, kemudian pemanas diaktifkan, dan thermostat pengatur diatur pada suhu tertentu, misalnya 50oC. Sensor suhu dan kelembapan di dalam alat melacak keadaan, dan informasi ini ditampilkan pada panel kontrol. Setelah itu, blower dihidupkan untuk memastikan sirkulasi udara panas yang merata, yang memungkinkan proses pengeringan yang efektif . Beberapa keunggulan pengering jenis ini adalah kemampuan untuk mengontrol suhu dengan lebih akurat dan dapat digunakan dalam kondisi cuaca yang tidak mendukung. Trey dryer secara prinsip terdiri dari dua tahap: penyediaan media pemanas (udara panas) dan pengeringan bahan. Udara panas ini dapat dipanaskan oleh
berbagai jenis sumber energi, baik buatan maupun alami, seperti gelombang mikro, panas bumi, medan magnet, listrik, arang, sekam padi, kayu bakar, gas alam, batu bara, dan minyak tanah (Ni’am et al, 2023).
2.5 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Pengeringan
Pemahaman alat pengering sangat penting untuk memahami kerja dan proses pengeringan. Sehingga akan membantu Ketika membuat desain dan membangun sistem yang efisien yang mengurangi biaya dan waktu selama eksperimen pengeringan. Saat ini dikategorikan menjadi tiga kategori pengeringan: model skala makro (menampilkan karakteristik pengeringan secara keseluruhan), model skala mikro (menunjukkan distribusi air dan deformasi jaringan pada tingkat seluler), dan model multiskala (menggabungkan model makroskopik dan mikroskopik dalam satu struktur). Beberapa faktor, termasuk parameter pengeringan, jenis alat pengering, dan karakteristik bahan yang dikeringkan, dapat memengaruhi proses pengeringan. Metode pengeringan konvensional untuk bahan yang berpori terdapat pengeringan udara panas bertekanan atmosfer, pengeringan beku (freeze dring), pengeringan superkritis, pengeringan dengan tenaga surya dan pengeringan microwave.(Ji Lie et al,2024)
Menurut Jie li et al. (2024), menggunakan satu jenis teknologi saja tidak efisien karena masing-masing alat memiliki kelemahan, seperti waktu pengeringan yang lama dan konsumsi energi yang tinggi, yang dapat menyebabkan produk menjadi kurang berkualitas. Selain itu, ada beberapa karakteristik yang dapat melengkapi kekurangan masing-masing metode pengeringan. Karakteristik pengeringan udara panas dan vakum murah dan mudah digunakan, pengeringan beku mempertahankan struktur mikro bahan berpori, pengeringan superkritis cocok untuk bahan yang sangat rapuh, dan pengeringan gelombang mikro sangat mempercepat waktu pengeringan. Untuk hal ini, terdapat beberapa metode pengeringan yang dapat digunakan, antara lain:
1. Pengeringan udara panas dan vakum 2. Pengeringan baku- gelombang mikro 3. Pengeringan superkritis dan udara panas 4. Pengeringan vakum dan microwave
5. Pengeringan beku (freeze drying) dan superkritis
Sedangkan menurut Radojˇ et al (2021), peningkatan kualitas hasil pengeringan dapat dicapai melalui penyesuaian parameter pengeringan maupun modifikasi sifat fisik bahan yang akan dikeringkan. Pendekatan ini mencakup pengaturan suhu, kecepatan aliran udara, dan kelembapan yang secara langsung memengaruhi laju perpindahan massa eksternal. Selain metode termal, modifikasi bahan juga dapat dilakukan menggunakan teknologi non-termal seperti tekanan hidrostatik tinggi (HHP), plasma dingin (CP), ultrasound, dan pulsed electric field (PEF). Meskipun teknologi non-termal memiliki potensi dalam mempertahankan kualitas bahan yang sensitif terhadap panas dan cenderung lebih hemat energi dibandingkan metode berbasis panas, perlu dicatat bahwa penerapannya sebagai perlakuan awal sebelum pengeringan tidak selalu memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan penggunaan metode pengeringan alternatif lainnya.
