Perubahan kadar air terhadap waktu

33 terkandung dalam MSM. Rak 1 dan 6 tidak digunakan karena suhunya tidak mencapai suhu 47.5 o C, suhunya juga relatif tidak stabil selama proses pengeringan dan lambat dalam menerima panas.

2. Kajian Kondisi Proses Pengeringan dalam Pengering Rak

Pada kajian kondisi proses pengeringan akan dikaji pengaruh posisi rak yang digunakan serta pengaruh ketebalan emulsi terhadap lama pengeringan emulsi MSM. Ketebalan emulsi MSM yang berbeda-beda akan mempengaruhi lama pengeringan dan mutu mikroenkapsulat yang dihasilkan. Pada pengujian ini dilakukan 4 perlakuan, yaitu perlakuan pengeringan MSM dengan ketebalan 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm dan 2.0 mm. Analisis pengeringan emulsi MSM dengan menggunakan pengering rak tersebut dilakukan terhadap karakteristik pengeringan yang terdiri dari: 1 perubahan kadar air terhadap waktu, 2 perubahan laju pengeringan terhadap waktu, dan 3 perubahan laju pengeringan terhadap kadar air pengeringan. Analisis profil pengeringan tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh pengeringan terhadap kadar air, laju pengeringan dan waktu pengeringan.

2.1. Perubahan kadar air terhadap waktu

Kadar air suatu bahan merupakan presentase kandungan air dengan kandungan bahan keringnya padatan pada suatu bahan. Heldman Singh 1981 menyatakan bahwa perhitungan kadar air terdiri dari dua macam yaitu perhitungan kadar air basis basah dan kadar air basis kering. Kadar air basis basah adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat bahan total. Kadar air basis kering adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat keringnya padatan. Menurut Fellows 1990, proses pengeringan merupakan suatu proses pemberian panas secara kontinyu sehingga mengakibatkan kandungan air dalam bahan pangan menurun. Waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan kadar air sampai batas tertentu berbeda-beda tergantung dari jenis bahan, kadar air awal bahan, dan lingkungan tempat pengeringan suhu, kelembaban dan kecepatan aliran udara. Menurut penelitian Purnama 2010 suatu bahan dengan kadar air tinggi akan membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan bahan dengan kadar air lebih rendah. Semakin tinggi suhu pengeringan maka waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan akan semakin cepat. Kelembaban udara yang tinggi di sekitar bahan yang dikeringkan akan membutuhkan waktu pengeringan yang lebih lama. Begitu pula bila kecepatan udara pengering makin cepat maka waktu pengeringan akan semakin cepat. Pada pengujian ini dilakukan kajian pengaruh posisi rak terhadap penurunan kadar air dan lama pengeringannya. Analisis dilakukan dengan cara pengukuran kadar air basis kering bk tiap rak dalam setiap jam secara tidak langsung, yaitu dengan pengukuran perubahan berat mikroenkapsulat setiap jamnya. Pengeringan akan dilakukan sampai berat mikroenkapsulat stabil, yaitu telah mencapai kadar air kesetimbangan, dalam hal ini ditunjukkan dengan kurva pengeringan yang telah melandai konstan Lampiran 4. Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu dengan ketebalan emulsi 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm serta 2.0 mm berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 21, 22, 23 dan 24. 34 Gambar 21 . Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu pada ketebalan emulsi 0.5 mm Gambar 22 . Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu pada ketebalan emulsi 1.0 mm Gambar 23 . Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu pada ketebalan emulsi 1.5 mm 50 100 150 200 250 300 350 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Kadar A ir bk Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 50 100 150 200 250 300 350 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Kad a r air bk Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 50 100 150 200 250 300 350 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kadar A ir bk Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 35 Gambar 24 . Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu pada ketebalan emulsi 2.0 mm Berdasarkan hasil analisis data, diketahui bahwa posisi rak memberi pengaruh terhadap lamanya proses pengeringan. Gambar 21-24 menunjukkan bahwa rak 2 dan 5 memberi hasil pengeringan yang baik, ditunjukkan dengan kurva yang lebih curam, yaitu dengan waktu yang sama dapat menurunkan kadar air bahan lebih banyak daripada rak 3 dan 4. Hal tersebut disebabkan oleh posisi rak 2 dan 5 yang berada di ujung rak 2 berada di ujung sisi atas sedangkan rak 5 berada pada ujung sisi bawah. Posisi rak yang di ujung tersebut menyebabkan proses aliran udara dari koil pemanas tidak mengalami hambatan dari loyang lain yang berdekatan dengannya, sehingga proses transfer uap air dari bahan ke aliran udara dapat berjalan dengan baik. Rak 3 dan 4 berada di tengah-tengah, dimana bagian atas dan bawahnya berbatasan dengan rak pengering 2 dan 5. Hal ini menyebabkan proses transfer massa dari bahan ke udara pengering mengalami pembatasanhambatan sehingga tidak dapat berjalan maksimal. Pembatasan tersebut disebabkan oleh rak yang berada di atas dan bawah rak 3 dan 4, yang juga sedang mengalami proses pengeringan, sehingga aliran udara pengering yang mencapai rak 3 dan 4 lebih terbatas. Selain posisi rak, ketebalan emulsi juga mempengaruhi laju penurunan kadar air. Ketebalan emulsi yang berbeda akan membutuhkan waktu mencapai kadar air kesetimbangan ditunjukkan dengan kurva melandai yang berbeda pula. Oleh karena itu perlu dilakukan analisis rata-rata kondisi pengeringan pada semua rak, untuk melakukan perbandingan kondisi proses pengeringan pada ketebalan emulsi yang berbeda. Data penghitungan rata-rata kondisi pengeringan pada semua rak dapat dilihat pada Lampiran 6 dan kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 25. 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 K a dar Ai r bk Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 36 Gambar 25 . Kurva laju penurunan kadar air terhadap waktu pada ketebalan emulsi yang berbeda dengan kondisi rata-rata pada semua rak Berdasarkan Gambar 25, diketahui bahwa ketebalan emulsi 0.5 mm membutuhkan waktu mencapai kadar air kesetimbangan selama ± 4.25 jam, ketebalan emulsi 1.0 mm membutuhkan waktu ± 6.25 jam, ketebalan emulsi 1.5 mm membutuhkan waktu ± 7.75 jam, sedangkan ketebalan emulsi 2.0 mm membutuhkan waktu ± 12 jam. Menurut Rizvi 1995, kadar air kesetimbangan pada saat pengeringan merupakan kadar air pada saat laju pengeringan sama dengan nol pada kondisi pengeringan tertentu. Berdasarkan hasil analisis, kadar air kesetimbangan yang tercapai hampir mendekati 0 bk. Secara umum kurva penurunan kadar air terhadap waktu berbentuk eksponensial. Bentuk kurva tersebut sesuai dengan yang dikemukakan Hall 1957, yaitu fase pertama dimana penurunan kadar air cepat terjadi pada awal proses pengeringan. Hal ini terjadi karena massa air bahan yang terdapat pada permukaan bahan air bebas jumlahnya cukup besar. Air bebas lebih cepat menguap karena tidak adanya ikatan secara kimiawi dengan bahan sehingga memudahkan proses penguapan. Pada saat dimulainya pengeringan, udara pengering dan suhu panas akan kontak dengan seluruh permukaan bahan. Tekanan uap di permukaan bahan menjadi tinggi sementara tekanan udara pengering rendah. Perbedaan tekanan inilah yang menyebabkan perpindahan massa uap air dari bahan ke udara sehingga tekanan uap air pada permukaan bahan menurun. Pada fase kedua kurva, penurunan kadar air terjadi semakin lambat. Hal ini terjadi karena pada fase ini air yang diuapkan adalah air yang terkandung dalam bahan. Massa air bahan tersebut dipindahkan oleh perbedaan suhu dan tekanan ke permukaan terlebih dahulu baru pindah ke udara, sehingga waktu yang diperlukan untuk menurunkan kadar air menjadi lebih lambat. Pada fase ketiga, kemungkinan air yang diuapkan adalah air yang terikat kuat secara kimia di dalam bahan sehingga untuk berpindah ke permukaan harus melalui pelepasan ikatan kimia terlebih dahulu sehingga dibutuhkan waktu yang lebih lama atau sangat lambat. Proses pengeringan akan dilakukan sampai kadar air mikroenkapsulat sesuai dengan standar. Pada penelitian ini standar yang diacu adalah menurut SNI 01-2983- 1992 yaitu yang menyatakan kadar air maksimal untuk kopi instan adalah 4 bb bobot per bobot. Pemilihan standar menurut standar kopi instan tersebut dilakukan sesuai dengan pendekatan proses, yaitu persamaan produk hasil pengeringan. Oleh Ketebalan emulsi 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Kad a r air bk Waktu pengeringan jam 0.5 mm 1.0 mm 1.5 mm 2.0 mm 37 karena itu, proses pengeringan dilakukan hingga mencapai kadar air di bawah ketetapan sesuai SNI tersebut, yang pada penelitian ini ditetapkan pengeringan akan dilakukan sampai kadar air 2 bk. Berdasarkan Gambar 25, diketahui bahwa ketebalan emulsi MSM 0.5, 1.0, 1.5 dan 2.0 mm membutuhkan waktu pencapaian kadar air 2 bk yang berbeda-beda. Lama pengeringan pada saat kadar air 2 bk tersebut dapat dilihat pada Tabel 13. Tabel 13 . Lama pengeringan mikroenkapsulat MSM untuk mencapai kadar air 2 bk dengan beberapa ketebalan emulsi Ketebalan mm Rak Lama pengeringan jam Rata-rata±Sd jam 0.5 2 3.37 3.57±0.19 3 3.49 4 3.82 5 3.61 1.0 2 6.00 5.56±0.48 3 5.00 4 5.92 5 5.34 1.5 2 6.52 7.30±0.84 3 7.59 4 8.35 5 6.75 2.0 2 11.06 11.40±0.32 3 11.70 4 11.65 5 11.20 Hasil analisis pada Tabel 13 menunjukkan bahwa waktu untuk mencapai kadar air 2 bk pada ketebalan 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm dan 2.0 mm berturut-turut adalah ± 3.57 jam, ± 5.56 jam, ± 7.30 jam dan ± 11.40 jam. Lama waktu pengeringan yang diperlukan untuk mencapai kadar air 2 bk yang berbeda-beda pada tiap rak dan ketebalan emulsi MSM tersebut, kemudian diolah menggunakan ANOVA Lampiran 5 . Berdasarkan penghitungan ANOVA, diketahui bahwa posisi rak yaitu rak 2, 3, 4 dan 5 tidak memberi pengaruh secara signifikan tidak berbeda nyata terhadap lama pengeringan pada setiap ketebalan emulsi MSM yang diujikan, pada taraf 5. Berdasarkan penghitungan ANOVA tersebut juga diketahui bahwa keempat ketebalan emulsi yang diujikan 0.5, 1.0, 1.5 dan 2.0 mm memerlukan waktu pengeringan hingga kadar air 2 bk yang berbeda nyata pada pada taraf α=0.05 dan perlu dilakukan uji lanjut Duncan. Berdasarkan hasil analisis uji lanjut Duncan, diketahui bahwa ketebalan emulsi 0.5, 1.0, 1.5 dan 2.0 mm memerlukan waktu yang saling berbeda nyata dalam proses pengeringannya pada taraf 5. Hasil perhitungan analisis ANOVA terhadap ketebalan emulsi ditunjukkan pada Gambar 26. 2.2. Keterangan: Gambar 26 . Berdasa tersebut, dap penurunan k mempercepat Menurut Tai tekanan stati dialami oleh yang lebih k kontak denga permukaan b pengaruh jara bahan dan ju untuk menc pengeringan memperkecil Perubahan l Laju pe Bayrock I oleh beberap udara, sifat kadar air, se pengeringan Menurut pen pengeringan jumlah uap a yang semakin penguapan u perubahan la 2 4 6 8 10 12 Waktu p en g er in gan jam histogram den nyata pada ta Histogram wa mencapai kad arkan hasil ana pat diketahui kadar air dan w t laju penurun ib et al. 1988 s pada bahan aliran udara p kecil lebih tip an udara pana bahan. Di sam ak yang ditemp uga mengurang capai permuk yang rendah ak l terjadinya pen laju pengering engeringan men Ingledew 1997 a faktor antara fisik dan kimi erta pengaturan akan meningk nelitian Purnam dan selanjutny air per satuan w n berkurang. P uap air bahan aju penurunan 0.5 3.57 a ngan huruf sam araf 5 aktu pengering dar air 2bk alisis ANOVA bahwa keteba waktu pengerin nan kadar air 8, semakin teb tersebut menja pengering men pis, akan men as akan lebih m mping itu bah puh oleh peram gi jarak yang h kaan sehingga kan memperce nurunan karote gan terhadap nunjukkan ban 7. Menurut De a lain sifat fisik a bahan yang n geometris bah kat seiring deng ma 2010 laj ya mengalami l waktu akan ber Pada saat kadar hampir sama kadar air me 1.0 Keteba 5.56 b ma menunjukka gan rata-rata da A dan uji lanjut alan emulsi b ngan. Semakin dan akan mem bal lapisan su adi semakin b njadi semakin ningkatkan lua mudah dan m han yang san mbatan panas u harus ditempuh a dapat diuap epat kontak em en dalam produ waktu nyaknya air ya esroiser 1988 k udara penger dikeringkan b han ketebalan gan meningkat ju pengeringan laju pengering rkurang oleh ka r air mendekati dengan laju p endekati nol, p 1. alan emulsi m 7.3 an nilai yang tid ari tiap keteb t Duncan yang berbanding lur n kecil keteba mpercepat wak uatu bahan aka esar, sehingga besar pula. K as permukaan empercepat ke ngat tipis dap untuk masuk k h air dari bagi pkan dengan mulsi dengan pa uk. ang diuapkan p , laju pengerin ring suhu dan bentuk, ukuran n lapisan dan le tnya suhu Nin n bersifat kon gan menurun. In arena kandung i keseimbangan penyerapan uap penguapan air .5 mm c 1 3 dak berbeda balan emulsi sa g telah dilakuk rus dengan la alan emulsi ak ktu pengeringa an menyebabk a hambatan yan Ketebalan lapis bahan, sehing eluarnya air da pat mengabaik ke seluruh bagi ian dalam bah cepat. Wak anas, hal ini ak per satuan wak ngan dipengaru kecepatan alir n, komposisi, d etak bahan. La ndo et al. 2003 nstan pada aw ni artinya bahw gan uap air bah n yang mana la p air bahan at r bahan semak 2.0 11.40 d 38 aat kan aju kan an. kan ng san gga ari kan ian han ktu kan ktu uhi ran dan aju 3. wal wa han aju tau kin 39 sedikit dan laju pengeringan semakin lambat. Ini dapat dilihat dengan semakin landainya kurva penurunan laju pengeringan terhadap waktu. Pada tahap ini dilakukan analisis pengaruh posisi rak terhadap laju pengeringan dan waktu pengeringan Lampiran 4. Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm serta 2.0 mm berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 27, 28, 29, dan 30. Gambar 27 . Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi 0.5 mm Gambar 28 . Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi 1.0 mm 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Laju pen ger in gan bk jam Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 20 40 60 80 100 120 140 160 1 2 3 4 5 6 7 8 9 La ju peng erin g a n bk j a m Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 40 Gambar 29 . Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi 1.5 mm Gambar 30 . Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi 2.0 mm Kurva antara laju pengeringan dan waktu yang diperoleh berbentuk eksponensial. Berdasarkan hasil analisis data, diketahui bahwa posisi rak dan ketebalan emulsi MSM memberi pengaruh terhadap laju pengeringan. Secara umum, Gambar 27-30 menunjukkan bahwa rak 2 dan 5 memberi hasil pengeringan yang baik, ditunjukkan dengan kurva yang lebih curam, yang berarti dalam waktu yang sama dapat menguapkan kadar air bahan per satuan waktu laju pengeringan lebih banyak daripada rak 3 dan 4. Sama seperti analisis terhadap pengaruh perubahan kadar air terhadap waktu, hal tersebut mungkin disebabkan karena posisi rak yang berada di ujung sisi atas dan bawah. Posisi rak yang di ujung tersebut menyebabkan proses aliran udara dari koil pemanas tidak mengalami hambatan dari rak lain yang berdekatan dengannya, sehingga proses transfer massa dari bahan ke aliran udara dapat berjalan dengan baik. Pada proses pengeringan dengan ketebalan emulsi 1.0, 1.5 dan 2.0 mm Gambar 28-30 diketahui bahwa perbedaan laju pengeringan sulit dibandingkan, karena kurva antara laju pengeringan dan waktu yang terbentuk tidak beraturan. Hal tersebut terjadi karena adanya penggumpalan emulsi yang terjadi selama proses pengeringan menyebabkan proses pengeringan pada penggumpalan tersebut relatif lebih lama 20 40 60 80 100 120 140 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 La ju peng ering a n bk ja m Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Laju pen ger in gan bk jam Waktu pengeringan jam Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 41 daripada yang lain. Selain itu, proses penimbangan loyang per rak yang dilakukan tiap jam juga mempengaruhi laju pengeringan, karena penimbangan menyebabkan emulsi yang dikeringkan menyerap air kembali dari lingkungan sehingga setiap kali selesai penimbangan, kadar airnya relatif bertambah. Proses penimbangan tersebut juga menyebabkan pengering rak sering dibuka tutup, sehingga menyebabkan perubahan suhu pengeringan. Berdasarkan keempat kurva yang telah diperoleh, diketahui bahwa semakin besar ketebalan emulsi akan menyebabkan laju pengeringan semakin kecil dan waktu pengeringan semakin lama. Kurva yang terbentuk pada ketebalan emulsi 0.5 mm menunjukkan bahwa penurunan laju pengeringan tiap rak tidak terlalu bervariasi. Hal ini disebabkan karena tipisnya lapisan emulsi sehingga proses pengeringan mudah dan cepat. Pada kurva yang terbentuk dari ketebalan emulsi 1.0 dan 1.5 mm terjadi perbedaan laju pengeringan tiap raknya, sehingga kurva menjadi tidak beraturan tetapi masih tampak sebagai kurva eksponensial. Hal ini terjadi karena tebalnya emulsi menyebabkan penggumpalan di beberapa tempat pada setiap raknya. Penggumpalan tersebut menyebabkan permukaan emulsi menjadi tidak rata. Bagian yang tipis akan cepat menguap sedangkan bagian yang tebal akan lama proses penguapannya. Sedangkan pada kurva yang terbentuk dari ketebalan emulsi 2.0 mm, menunjukkan bahwa bentuk kurva tidak lagi menyerupai eksponensial. Ada kenaikan laju pengeringan pada jam ke empat. Hal ini terjadi karena terjadi penggumpalan emulsi yang sangat besar di setiap rak sehingga tinggi emulsi lebih dari 2.0 mm. Pada jam keempat tersebut dilakukan perataan emulsi di setiap rak sehingga laju pengeringannya kembali meningkat. Gambar 27-30 menunjukkan bahwa pada awal proses pengeringan, terjadi penurunan laju pengeringan dengan cepat karena emulsi masih mengandung kadar air tinggi dan mudah diuapkan. Namun setelah kadar air bebas teruapkan seluruhnya, laju pengeringan menjadi lambat. Menurut penelitian Wadli 2005, landainya kurva laju pengeringan dapat juga disebabkan karena air yang telah diuapkan menurunkan suhu dalam pemanas. Suhu yang rendah memiliki kemampuan memanaskan dan menguapkan air bahan yang rendah karena energi yang dimiliki juga rendah. Selain pengaruh dari posisi rak, ketebalan emulsi yang dikeringkan juga memberi pengaruh terhadap laju pengeringan yang terbentuk. Kurva laju pengeringan terhadap waktu dan kadar air bk pada ketebalan emulsi yang berbeda dengan kondisi rata-rata pada semua rak ditunjukkan pada Gambar 31. 42 Gambar 31 . Kurva laju pengeringan terhadap waktu pada ketebalan emulsi yang berbeda dengan kondisi rata-rata pada semua rak Gambar 31 menunjukkan bahwa semakin besar ketebalan emulsi, akan menyebabkan laju pengeringan semakin rendah dan waktu pengeringan yang semakin lama. Hal tersebut disebabkan oleh besarnya ketebalan emulsi yang menyebabkan proses evaporasi dari lapisan bawah permukaan emulsi terjadi lebih lama. Selain itu, besarnya ketebalan emulsi yang dikeringkan memicu terjadinya penggumpalan emulsi saat pengeringan. Penggumpalan tersebut menyebabkan ketebalan emulsi semakin besar, dan luas permukaan emulsi semakin kecil. Laju pengeringan dalam proses pengeringan emulsi ini perlu untuk diketahui karena dapat menggambarkan bagaimana kecepatan proses pengeringan berlangsung untuk setiap bahan yang dikeringkan.

2.3. Perubahan laju pengeringan terhadap kadar air pengeringan