Recocentration of Sugar Solution in Osmotic Dehydration Slices Mango (Mangifera indica L.) with Membrane Separation Technique of Direct Contact Membrane Distillation

REKONSENTRASI LARUTAN GULA
PADA PROSES DEHIDRASI OSMOTIK IRISAN MANGGA
(Mangifera indica L.) DENGAN TEKNIK DISTILASI MEMBRAN DCMD

LILIS SUCAHYO

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

 

a

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rekonsentrasi Larutan Gula pada
Proses Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga (Mangifera indica L.) dengan Teknik
Distilasi Membran DCMD

adalah karya saya dengan arahan dari komisi

pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Juni 2013

Lilis Sucahyo
F151100031

 

b

ABSTRACT
LILIS SUCAHYO. Recocentration of Sugar Solution in Osmotic Dehydration
Slices Mango (Mangifera indica L.) with Membrane Separation Technique of
Direct Contact Membrane Distillation. Supervised by LEOPOLD O NELWAN

and DYAH WULANDANI.

Osmotic dehydration (OD) involves the immersion of fruits in concentrated
sugar solutions, where both partial dehydration of the tissue and solid uptake take
place. During the dehydration process, the concentration of sugar solution will
decrease because the water loss of fruits. Direct contact membrane distillation
(DCMD) with ultrafiltration membrane PP (polypropylene) was used to
reconcentrated sugar solution on the osmotic dehydration of mango (Indramayu
variety). Variables used were the concentration of solution at 30, 35, 40 oBx and
cold temperatures permeate membrane at 5, 10, 15 OC for 480 minutes with the
membrane feed temperature at 50 OC. The results showed that the concentration
of sugar solution increased the rate of water loss, solids gain, mass and volume
shrinkage. Temperature differences between feed and permeate also lead to
increased flux membranes. Flux membrane and water loss in mango were
measurement of determine the optimal ratio of product : sugar solution on the
osmotic dehydration (w/w). Permeate flux obtained in this study was 0.051-0136
l/m2h. Osmotic dehydration with initial concentration 40 oBx will decrease to 35.6
o
Bx, while reconcentration using DCMD show the concentration 38.8 oBx. The
concentration degree (CD) of membrane DCMD was 96.5%, indicating the

effective of the process sugar solution reconcentration.
Keywords: Osmotic
reconcentration

 

dehydration,

mango,

c

membran

distillation,

sugar

RINGKASAN
LILIS SUCAHYO. Rekonsentrasi Larutan Gula pada Proses Dehidrasi Osmotik

Mangga (Mangifera indica L.) dengan Teknik Distilasi Membran DCMD.
Dibimbing oleh LEOPOLD O NELWAN dan DYAH WULANDANI.
Dehidrasi osmotik merupakan salah satu metode pengawetan bahan pangan
menggunakan prinsip perbedaan tekanan osmotik untuk mengeluarkan sebagian
kandungan air pada bahan. Pada proses dehidrasi osmotik, bahan pangan
direndam ke dalam media osmosis yang memiliki tekanan osmotik lebih tinggi
dari tekanan osmotik bahan sehingga air dari dalam bahan akan keluar ke arah
media untuk menyeimbangkan tekanan. Keunggulan dari dehidrasi osmotik
diantaranya adalah suhu pengeringan yang relatif rendah sehingga kandungan
vitamin dan mineral pada bahan terjaga dengan baik. Dehidrasi osmotik
menghasilkan produk IMF (intermediate moisture foods) atau produk pangan
semi basah yang dapat dijadikan bahan baku produk antara dalam industri
pengolahan lanjut.
Meskipun banyak keunggulan dan kemudahan yang ditawarkan pada proses
dehidrasi osmotik, dalam skala industri besar masih terdapat kendala dalam hal
penggunaan larutan osmotik serta waktu dehidrasi yang diperlukan. Selama proses
dehidrasi berlangsung air dari bahan akan keluar menuju larutan, sehingga dapat
menyebabkan konsentrasi larutan osmotik menjadi rendah atau encer. Dengan
demikian, dari sudut pandang proses serta nilai ekonomi, diperlukan suatu metode
untuk mendaur ulang serta mengoptimalkan penggunaan larutan osmotik. Jika

konsentrasi larutan dapat dipertahankan tetap tinggi, maka efektivitas pengeringan
menjadi lebih baik.
Teknologi distilasi membran yang layak digunakan untuk rekosentrasi larutan
adalah Direct Contact Membrane Distilation (DCMD), yaitu pemisahan molekul
zat (dalam fase cairan) dimana bagian yang dipanaskan (suhu tinggi) dan yang
didinginkan (suhu rendah) bersentuhan/kontak secara langsung dengan
permukaan membran. Dalam penelitian ini jenis membran ultrafiltrasi hidrofobik
polypropylene akan difungsikan sebagai DCMD. Tujuan umum dari penelitian ini
adalah untuk mengkaji penggunaan distilasi membran DCMD dalam
rekonsentrasi larutan gula pada proses dehidrasi osmotik irisan mangga.
Sedangkan tujuan khusus penelitian adalah untuk menganalisis pengaruh
konsentrasi larutan dan perbedaan suhu permeat terhadap kinerja fluks membran,
menentukan perbandingan massa larutan terhadap buah serta kajian proses pindah
panas dan simulasi rekonsentrasi larutan gula dengan metode distilasi membran
DCMD pada dehidrasi osmotik mangga.
Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan proses. Penelitian tahap pertama
bertujuan untuk mengetahui kemampuan membran polypropylene dalam
memisahkan komponen air dan larutan osmotik dengan teknik DCMD. Perlakuan
yang digunakan pada tahap ini yaitu variasi konsentrasi larutan osmotik dan suhu
permeat. Larutan osmotik yang digunakan adalah sukrosa gula putih (sukrosa)

pada derajat konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx. Suhu permeat divariasikan pada 5, 10
dan 15 oC sedangkan suhu umpan dijaga konstan dengan menggunakan heater
pada kondisi 50 oC. Laju aliran umpan-permeat yang digunakan sebesar 0.67

 

d

liter/menit pada kondisi tekanan 1 atm. Untuk menjaga keseragaman larutan,
digunakan stirrer yang menghomogenkan larutan osmotik. Proses distilasi DCMD
dilakukan selama 480 menit.
Penelitian tahap kedua berupa pengamatan karakteristik dehidrasi osmotik
irisan mangga. Buah mangga varietas Cengkir/Indramayu dengan tingkat
kematangan serta kadar gula (oBx) yang seragam diiris melintang dengan ukuran
3 x 3 x 1 cm. Proses dehidrasi osmotik irisan mangga menggunakan larutan gula
dengan konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx. Dehidrasi dilakukan selama 480 menit
dengan rasio sampel dan larutan gula 1:20 (massa/volume). Suhu larutan osmotik
diatur menggunakan heater pada kondisi tetap 50 oC.
Penelitian tahap ketiga dilakukan untuk mengetahui kinerja rekonsentrasi
proses dehidrasi buah mangga dengan DCMD. Hasil pengukuran fluks permeat

pada tahap pertama diplotkan dalam grafik hubungan konsentrasi larutan dengan
laju massa air yang dipindahkan pada berbagai kondisi perlakuan suhu permeat.
Kemudian diplotkan kembali dengan hasil pengukuran WL pada penelitian tahap
kedua untuk menentukan perbandingan massa bahan dan larutan yang optimal
dalam proses rekonsentrasi dengan membran.
Distilasi membran DCMD dengan ultrafiltrasi hollow fiber PP dapat
digunakan untuk merekonsentrasikan larutan gula pada tingkat konsentrasi awal
30, 35 dan 40 oBx dengan fluks permeat rata-rata berkisar antara 0.051 - 0.136
liter/m2h. Fluks permeat menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan
gula dan suhu permeat. Fluks permeat dapat ditingkatkan dengan memperbesar
perbedaan suhu antara umpan-permeat, sehingga diperoleh gradien perbedaan
tekanan uap yang tinggi. Peningkatan konsentrasi larutan gula pada proses
dehidrasi osmotik akan meningkatkan nilai WL, densitas, porositas penyusutan
massa serta shrinkage. Nilai WL berbanding lurus terhadap laju perpindahan air
dari bahan ke larutan. Dalam penelitian ini diperoleh nilai WL pada konsentrasi
30, 35 dan 40 oBx sebesar 25.66 %, 33.72 % dan 37.81 %.
Perbandingan jumlah bahan : larutan gula dapat ditentukan dengan
mengetahui fluks permeat membran serta nilai WL dehidrasi osmotik sehingga
akan diperoleh grafik operasi kerja membran. Evaluasi kinerja rekonsentrasi gula
dengan distilasi membran DCMD pada konsentrasi 40 oBx, perbandingan massa

bahan : larutan gula sebesar 1:3, suhu umpan 50 oC, suhu permeat 5 oC selama
480 menit. Perubahan konsentrasi larutan tanpa rekonsentrasi menunjukkan
perubahan dari 40 oBx menjadi 35.6 oBx dengan nilai WL 36.79 % dan SG 1.74
%,. Sedangkan perubahan konsentrasi dengan rekonsentrasi membran DCMD
sebesar 40 oBx menjadi 38.8 oBx dengan nilai WL 38.05 % dan SG 2.15 % pada
akhir proses rekonsentrasi. Derajat konsentrasi membran DCMD dalam penelitian
ini sebesar 96.5 %.
Selama proses dehidrasi osmotik berlangsung, air dari bahan akan keluar
menuju larutan sehingga dapat menurunkan konsentrasi larutan gula. Nilai WL∞
dan S1 pada berbagai konsentrasi perlakuan digunakan untuk menentukan
hubungan antara nilai WLt terhadap laju perubahan konsentrasi larutan osmotik.
Besarnya nilai WLt merupakan laju massa air yang keluar dari bahan terhadap
waktu, penyelesaian solusi dari persamaan diferensial dilakukan dengan metode
numerik Euler. Perubahan konsentrasi larutan selama proses rekonsentrasi dengan
distilasi membran DCMD dapat ditentukan melalui laju perubahan konsentrasi
terhadap waktu melalui solusi persamaan kuadratik berganda.

 

e

® Hak Cipta milik IPB, tahun 2013
Hak Cipta dilindungi Undang-undang

Dilarang

mengutip

mencantumkan

sebagian

atau menyebutkan

atas

seluruh

sumbernya.

karya

tulis

Pengutipan

ini

tanpa

hanya

untuk

kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah.
Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

 

f

REKONSENTRASI LARUTAN GULA
PADA PROSES DEHIDRASI OSMOTIK IRISAN MANGGA
(Mangifera indica L.) DENGAN TEKNIK DISTILASI MEMBRAN DCMD

LILIS SUCAHYO

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

 

g

Penguji  Luar  Komisi  pada  Ujian  Tesis  : Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc

 

h

Judul Tesis

: Rekonsentrasi Larutan Gula pada Proses Dehidrasi Osmotik
Irisan Mangga (Mangifera indica L.) dengan Teknik Distilasi
Membran DCMD

Nama

: Litis Sucahyo

NRP

: F151100031

Disetujui :
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Leopold 0 Nelwan, M.Si.

Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si.

Ketua

Anggota

Diketahui:

Ketua Program Studi

Dekan Sekolah fascasarjana

Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Dr. If.

se:t::

Agr.

Tanggal Ujian : 28 Juni 2013

Tanggal Lulus

3 1 Ju t 2013

Judul Tesis

: Rekonsentrasi Larutan Gula pada Proses Dehidrasi Osmotik
Irisan Mangga (Mangifera indica L.) dengan Teknik Distilasi
Membran DCMD

Nama

: Lilis Sucahyo

NRP

: F151100031

Disetujui :
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Leopold O Nelwan, M.Si.

Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si.

Ketua

Anggota

Diketahui :

Ketua Program Studi

Dekan Sekolah Pascasarjana

Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M. Agr.

Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr.

Tanggal Ujian : 28 Juni 2013

Tanggal Lulus :

 

i

PRAKATA
Segala puji dan syukur kepada Allah SWT semoga senantiasa tercurah dari
lisan dan hati, yang telah memberikan kemampuan dan kemudahan kepada kita
dalam menuntut ilmu dan mengamalkannya. Shalawat serta salam kepada
Rasulullah SAW yang menjadi sauri teladan dalam mengarungi kehidupan ini.
Ucapan terima kasih atas segala bantuan, bimbingan, saran serta masukan,
penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang telah bersedia meluangkan waktunya
dan membantu dalam tahap pelaksanaan hingga penyelesain tesis ini.
Penghormatan dan ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Dr. Ir. Leopold O Nelwan, M.Si. serta Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si. selaku
Komisi Pembimbing Akademik yang telah memberikan ilmu, arahan dan
saran kepada penulis dalam penyusunan dan penyelesaian penelitian ini.
2. Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc. , selaku penguji luar komisi pembimbing
serta Dr. Ir. Setyo Pertiwi , M.Agr. selaku ketua Program Studi Teknik
Mesin Pertanian dan Pangan yang telah memberikan saran dalam perbaikan
tesis ini.
3. Ayahanda Sutino serta Ibunda Rohmayati selaku orang tua serta Adik Isna
Nurul tercinta yang terus memberikan dukungan dan motivasi dalam
menempuh dan menyelesaikan studi pascasarjana IPB.
4. Direktorat Kemahasiswaan Institut Pertanian Bogor, Dr. Rimbawan, dan Dr.
Bambang Riyanto, S,Pi., M.Si. selaku Pimpinan yang telah memberikan
kesempatan untuk menimba pengalaman kerja serta dukungan moril dan
materi dalam menempuh pendidikan pascasarjana.
5. Rekan-rekan TMP dan TPP 2010, Para Teknisi Laboratorium Energi
Terbarukan IPB serta rekan kerja Saungkuriang yang telah banyak
membantu dan memberikan semangat dalam penyelesaian studi.
6. Bantuan dalam payung penelitian UNU KIRIN dengan no kontrak 600 UU2010-536, yang telah membantu membiayai penelitian ini.
Semoga karya ini dapat memberikan banyak manfaat dan sumbangan bagi
ilmu pengetahuan. Atas segala kekurangan yang terdapat di dalamnya penulis
menyampaikan permohonan maaf yang serta mengharap kritik dan saran untuk
perbaikan di masa mendatang. Terimakasih.
Bogor, Juni 2013
Lilis Sucahyo.

 

i

DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Penulis adalah seorang laki-laki yang dilahirkan pada 11 Agustus 1987, dari
pasangan Bapak Sutino dan Ibu Rohmayati. Penulis menyelesaikan pendidikan
dasar di SDN Larangan Utara 10 Tangerang pada tahun 1999. Selanjutnya pada
tahun 2002 penulis lulus dari SLTPN 267 Jakarta dan menamatkan pendidikan
dari SMAN 90 Jakarta tahun 2005. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan
pendidikan tinggi melalui jalur USMI di Institut pertanian Bogor sebagai
Mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Setelah
menyelesaikan studi S1 pada tahun 2010 penulis kemudian melanjutkan jenjang
pendidikan Magister pada Program Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah
Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penulis meyelesaikan studi pada tahun
2013 dengan tugas akhir yang berjudul “Rekonsentrasi Larutan Gula pada proses
Dehidrasi Osmotik Mangga dengan Teknik Distilasi Membran DCMD”. Selama
menempuh pendidikan pascasarjana penulis juga aktif bekerja sebagai Staf
Bidang Minat Bakat dan Penalaran Direktorat Kemahasiswaan Institut Pertanian
Bogor.

 

ii

DAFTAR ISI
 

DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... viii
PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
Latar Belakang ..................................................................................................... 1
Perumusan Masalah ............................................................................................. 4
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 4
Manfaat Penelitian ............................................................................................... 4
TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 5
Buah Mangga ....................................................................................................... 5
Pangan Semi Basah (Intermediate Moisture Foods) ........................................... 7
Dehidrasi Osmotik ............................................................................................... 9
Filtrasi Membran ................................................................................................ 13
Distilasi Membran .............................................................................................. 17
Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) ............................................... 19
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 22
Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................ 22
Bahan dan Alat ................................................................................................... 22
Prosedur Penelitian ............................................................................................ 22
Penelitian Tahap Pertama................................................................................... 24
Pengujian Kinerja Distilasi Membran DCMD ............................................... 24
Penelitian Tahap Kedua ..................................................................................... 28
Karakteristik Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga............................................ 28
Penelitian Tahap Ketiga ..................................................................................... 34
Rekonsentrasi Proses Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga dengan DCMD ..... 34
Proses Pindah Panas dan Massa pada Distilasi Membran DCMD ................. 36
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 41
Kinerja Distilasi Membran DCMD .................................................................... 41

 

iii

Karakteristik Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga ............................................... 45
Distilasi Membran DCMD pada Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga ................. 56
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 69
Kesimpulan ........................................................................................................ 69
Saran................................................................................................................... 70
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 71
LAMPIRAN .......................................................................................................... 75

 

iv

DAFTAR TABEL
Tabel 1. Aplikasi pengeringan osmotik dalam produk pangan ............................. 12 
Tabel 2. Kombinasi perlakukan karakteristik membran UF-S220 DCMC ........... 26 
Tabel 3. Kombinasi perlakuan karakteristik dehidrasi osmotik irisan
mangga..................................................................................................... 29 
Tabel 4. Parameter kinerja distilasi membran DCMD pada proses
rekonsentrasi larutan gula. ....................................................................... 57 
Tabel 5. Parameter kinerja pindah panas distilasi membran DCMD pada
proses rekonsentrasi larutan gula. ............................................................ 60 
Tabel 6. Karakteristik sifat hidrofobik dari beberapa material membran
yang digunakan dalam distilasi membran . ............................................. 61 

 

v

DAFTAR GAMBAR
 

Gambar 1. (a) Tanaman mangga (b) dan (c) berbagai bentuk dan macam
buah mangga. ........................................................................................ 6 
Gambar 2. Ilustrasi perpindahan air pada sel produk (buah) akibat
perendaman dengan larutan hipertonik selama proses dehidrasi
osmotik................................................................................................ 11 
Gambar 3. Skema modul operasi dasar dead-end (a), crossflow (b). .................... 14 
Gambar 4. Parameter operasional sistem filtrasi membran yang umumnya
digunakan pada industri pengolahan pangan menurut Tetra
Pak A/B, Lund, Sweden 2010. ............................................................. 15 
Gambar 5. Berbagai jenis metode distilasi membran : (a) DCMD, (b)
VMD, (c) SGMD dan (d) AGMD (Khayet, 2008). ............................ 18 
Gambar 6. Skema perbedaaan suhu antara umpan dan permeat yang
menyebabkan beda tekanan transmembran. ....................................... 20 
Gambar 7. Bagan alir dan tahapan penelitian rekonsentrasi membran
DCMD. ............................................................................................... 23 
Gambar 8. (a) Foto dan (b) Skema peralatan dehidrasi osmotik dengan
distilasi membran DCMD. .................................................................. 25 
Gambar 9. Skema dan mekanisme membran backwash pada proses
distilasi membran DCMD. .................................................................. 27 
Gambar 10. Sampel irisan buah mangga yang digunakan dalam dehidrasi
osmotik................................................................................................ 28 
Gambar 11. Perlakuan sampel irisan mangga dalam dehidrasi osmotik. .............. 29 
Gambar 12. Skema pengukuran volume sampel dengan metode
Archimedes. ........................................................................................ 30 
Gambar 13. Profil suhu dan tekanan uap pada proses distilasi membran.............. 36 
Gambar 14. Struktur molekul sukrosa. .................................................................. 41 
Gambar 15. Perubahan konsentrasi larutan gula dengan distilasi membran
DCMD pada (a) 30 oBx, (b) 35 oBx , (c) 40 oBx. .............................. 43 
Gambar 16. Hubungan antara nilai rata-rata fluks dan konsentrasi larutan
pada berbagai nilai suhu permeat (5, 10 dan 15 oC). .......................... 44 

 

vi

Gambar 17. Grafik perubahan kadar air irisan mangga selama proses
dehidrasi osmotik pada berbagai konsentrasi perlakukan................... 46 
Gambar 18. Perubahan nilai WL pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx
selama proses dehidrasi osmotik......................................................... 47 
Gambar 19. Perubahan nilai SG pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx
selama proses dehidrasi osmotik......................................................... 49 
Gambar 20. Model dehidrasi osmotik (Azzuara) pada berbagai tingkat
konsentrasi larutan (a) 30 , (b) 35 dan (c) 40 oBx. .............................. 50 
Gambar 21. Perubahan nilai WR pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx
selama proses dehidrasi osmotik......................................................... 52 
Gambar 22. Perubahan nilai shrinkage pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBx
selama proses dehidrasi osmotik......................................................... 52 
Gambar 23. Perubahan bahan antara sebelum dan sesudah proses dehidrasi
osmotik akibat perubahan massa dan shrinkage. ................................ 53 
Gambar 24. Perubahan nilai densitas bahan pada konsentrasi 30, 35 dan 40
o

Bx selama proses dehidrasi osmotik berlangsung. ............................ 54 

Gambar 25. Perubahan nilai porositas bahan pada konsentrasi 30, 35 dan
40 oBx selama proses dehidrasi osmotik berlangsung. ....................... 56 
Gambar 26. Hubungan antara perbedaan tekanan uap terhadap rata-rata
fluks permeat membran pada berbagai konsentrasi larutan gula. ....... 59 
Gambar 27. Kondisi operasi kerja fluks membran DCMD dan massa bahan
terhadap konsentrasi larutan gula. ...................................................... 62 
Gambar 28. Perubahan konsentrasi larutan gula selama dehidrasi osmotik
dengan rekonsentrasi membran DCMD. ............................................ 65 
Gambar 29. Perubahan nilai WL dan SG selama proses rekonsentrasi tanpa
membran dan dengan membran DCMD. ............................................ 68 

 

vii

DAFTAR LAMPIRAN
 

Lampiran 1. Perubahan konsentrasi larutan gula selama proses
rekonsentrasi dengan distilasi membran DCMD. ............................... 76 
Lampiran 2. Perubahan kadar air, WL dan SG pada irisan mangga selama
proses dehidrasi osmotik. .................................................................... 86 
Lampiran 3. Perubahan penyusutan massa WR dan shrinkage selama
proses dehidrasi osmotik. .................................................................... 89 
Lampiran 4. Perubahan nilai densitas dan porositas selama proses
dehidrasi osmotik irisan mangga. ....................................................... 92 
Lampiran 5. Simulasi perubahan konsentarasi larutan selama proses
dehidrasi osmotik irisan mangga dengan metode numerik
Euler. ................................................................................................... 95 
Lampiran 6. Simulasi perubahan konsentarasi larutan selama proses
rekonsentrasi membran DCMD pada dehidrasi osmotik irisan
mangga dengan persamaan kuadratik berganda. .............................. 116 

 

viii

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mangga (Mangifera indica L.) merupakan salah satu jenis buah tropis yang
kaya akan polifenol, vitamin C, kalium, mineral, asam amino, karotenoid, beta
cryptoxanthin, mangiferin, serta serat makanan prebiotik yang sangat bermanfaat
untuk kesehatan tubuh (Olivia 2010). Selain dikonsumsi dalam bentuk segar, kini
mangga disajikan dalam berbagai jenis produk turunannya seperti konsentrat
juice, es krim, aneka cake, selai, manisan, sirup dan lain sebagainnya. Hal ini
tentu saja membuka peluang bagi industri pengolahan untuk menciptakan
berbagai inovasi produk olahan mangga. Akan tetapi pengembangan industri
tersebut mengalami kendala karena umur simpan buah segar yang singkat serta
mangga termasuk dalam kategori buah musiman yang tidak selalu tersedia
sepanjang tahun. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah
dengan metode pengawetan buah mangga melalui pengeringan/dehidrasi osmotik
(osmotic dehydration).
Dehidrasi osmotik merupakan salah satu metode pengawetan bahan pangan
menggunakan prinsip perbedaan tekanan osmotik untuk mengeluarkan sebagian
kandungan air pada bahan. Pada proses dehidrasi osmotik, bahan pangan
direndam ke dalam media osmosis yang memiliki tekanan osmotik lebih tinggi
dari tekanan osmotik bahan sehingga air dari dalam bahan akan keluar ke arah
media (larutan) untuk menyeimbangkan tekanan (Sablani et al. 2003). Beberapa
kelebihan dari dehidrasi osmotik diantaranya adalah penggunaan suhu
pengeringan yang relatif rendah sehingga dapat menjaga kandungan vitamin dan
mineral pada bahan terjaga dengan baik, perbaikan karakteristik sensori, rasa,
tekstur serta penampakan produk akhir serta penghematan dan peningkatan
efisiensi energi karena tidak terjadi perubahan fase zat selama proses pengeringan
berlangsung (Alves 2005). Dehidrasi osmotik menghasilkan produk IMF
(intermediate moisture foods) atau produk pangan semi basah yang dapat
dijadikan bahan baku produk antara dalam industri pengolahan lanjut.
Meskipun banyak keunggulan dan kemudahan yang ditawarkan pada proses
dehidrasi osmotik, dalam skala industri besar masih terdapat kendala dalam hal

 

1

penggunaan larutan osmotik serta waktu dehidrasi yang diperlukan. Selama proses
dehidrasi berlangsung air dari bahan akan keluar menuju larutan, sehingga dapat
menyebabkan konsentrasi larutan osmotik menjadi rendah atau encer. Untuk
produk buah umumnya digunakan perbandingan bahan dan larutan hingga 1:22 (1
kg bahan : 22 liter larutan) dengan waktu dehidrasi 5-10 jam (Sablani et al. 2003).
Dengan demikian, dari sudut pandang proses serta nilai ekonomi, diperlukan suatu
metode untuk mendaur ulang serta mengoptimalkan penggunaan larutan osmosik.
Jika konsentrasi larutan dapat dipertahankan tetap tinggi, maka efektivitas
pengeringan menjadi lebih baik.
Salah satu teknik yang dapat digunakan untuk menjaga konsentrasi larutan
osmotik adalah dengan pemurnian kembali (memisahkan konsentrat dengan air)
atau rekonsentrasi larutan menggunakan teknik distilasi membran. Pemisahan zat
dengan distilasi membran merupakan suatu teknik filtrasi membran selektif yang
dipengaruhi oleh perbedaan suhu dan tekanan uap antara kedua sisi membran
yang dapat digunakan untuk memisahkan berbagai jenis molekul ion, koloid serta
komponen makromolekul dengan tingkat rejeksi yang tinggi (El-Bourawi et al.
2006). Distilasi membran didasarkan pada prinsip evaporasi-kondensasi uap
melalui pori membran hidrofobik karena adanya perbedaan suhu dan tekanan uap
larutan yang dipisahkan. Molekul dalam fase uap akan berpindah melalui
membran selektif dari kondisi tekanan uap tinggi ke tekanan uap rendah (Khayet
dan Matsuura 2011). Syarat yang harus terpenuhi untuk mencapai kondisi ini
adalah penggunaan jenis membran hidrofobik dimana hanya fase uap yang dapat
melewati membran serta perbedaan suhu yang cukup tinggi antara sisi membran.
Berbagai jenis metode distilasi membran yang dikembangkan saat ini
diantaranya adalah DCMD (Direct contact membrane distillation), VMD (Vacum
membrane distillation), SGMD (Sweeping gas membrane distillation) serta
AGMD (Air gap membrane distillation). Perbedaan beberapa jenis metode
tersebut

terletak pada bagian sisi permeat yang mengalami kontak dengan

membran serta kemampuan dalam meningkatkan perbedaan tekanan uap dan fluks
membran. Setiap jenis metode distilasi membran memiliki kelebihan dan
kekurangan masing-masing, tergantung pada komponen larutan/zat yang akan

 

2

dipisahkan. Pemilihan metode yang tepat akan menentukan efektivitas dan
efisiensi distilasi membran.
Beberapa penelitian dan industri pangan saat ini banyak mengembangkan
metode DCMD karena alasan kemudahan dalam pengoperasian serta efisiensi
dalam penggunaan energi. Metode DCMD dapat dioperasikan pada tekanan
membran yang relatif rendah. DCMD merupakan pemisahan molekul zat (dalam
fase cairan) dimana bagian yang dipanaskan (suhu tinggi) dan yang didinginkan
(suhu rendah) bersentuhan/kontak secara langsung dengan permukaan membran.
El-Bourawi et al. (2006) menerangkan bahwa aplikasi DCMD telah secara luas
digunakan pada berbagai industri diantaranya digunakan pada proses desalinasi
dan pemurnian air laut, pada industri tekstil (pemurnian air limbah dari zat
pewarna), pada industri kimia dan biomedis serta pada industri pengolahan
pangan (pemekatan konsentrat, pengolahan susu, whey serta dan lainnya). Gunko
et al. (2006) menggunakan DCMD untuk memekatkan konsentrat apel hingga
mencapai konsentrasi 50 %. Bui et al. (2004) melakukan rekonsentrasi glukosa
melalui distilasi membran dengan fluks permeat sebesar 1-2.87 kg/m2h.
Material yang digunakan untuk distilasi membran DCMD bersifat hidrofobik
seperti jenis PVDF (Polyvinylidenefluoride), PTFE (Polytetrafluoroethylene) serta
PP (Polypropylene). Sedangkan bentuk membran yang digunakan dalam
konfigurasi DCMD antaralain flat sheet, spiral wound, tubular dan hollow fiber
(Drioli et.al, 2006). Dalam penelitian ini jenis membran ultrafiltrasi hollow fiber
polypropylene akan difungsikan dan diujicobakan sebagai DCMD karena
membran yang khusus digunakan untuk metode ini masih sangat sedikit tersedia
di pasaran. Rekonsentrasi larutan gula pada proses dehidrasi osmotik diharapkan
dapat mengurangi jumlah perbandingan larutan yang sangat tinggi serta
meningkatkan efektivitas proses dan kualitas produk dehidrasi.

 

3

Perumusan Masalah
Proses dehidrasi osmotik memerlukan tingkat konsentrasi larutan yang tetap
tinggi agar laju pengeluaran air dari bahan dapat berlangsung secara optimal.
Selama proses dehidrasi osmotik berlangsung akan terjadi perpindahan massa air
yang menyebabkan perubahan konsentrasi larutan menjadi rendah, hal ini tentu
saja dapat mengurangi efektivitas dehidrasi serta menurunkan laju kehilangan air
pada bahan. Salah satu cara untuk menjaga konsentrasi larutan agar tetap tinggi
adalah dengan merekonsentrasikan kembali larutan gula yang digunakan selama
proses dehidrasi berlangsung dengan menggunakan distilasi membran DCMD.

Tujuan Penelitian
Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji penggunaan
metode distilasi membran DCMD yang menggunakan membran PP jenis
hollowfiber dalam memurnikan kembali (rekonsentrasi) larutan gula pada proses
dehidrasi osmotik mangga. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini adalah :
1. Menganalisis pengaruh konsentrasi awal larutan gula serta perbedaan suhu
permeat terhadap fluks membran PP.
2. Menentukan perbandingan massa larutan terhadap buah yang efektif dalam
proses rekonsentrasi gula pada dehidrasi osmotik mangga.
3. Melakukan aplikasi rekonsentrasi larutan gula dengan metode distilasi
membran pada dehidrasi osmotik mangga.
4. Melakukan kajian proses pindah panas dan simulasi rekonsentrasi larutan
gula dengan metode distilasi membran pada dehidrasi osmotik mangga.

Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagai referensi dalam
pemanfaatan aplikasi membran untuk merekonsentrasikan larutan gula pada
berbagai jenis dehidrasi osmotik produk pertanian. Beberapa model persamaan
yang dibangun dalam penelitian ini dapat dijadikan sebagai simulasi pendugaan
dalam penentuan jenis membran, parameter kerja dan operasi pada pengembangan
skala yang lebih besar.

 

4

TINJAUAN PUSTAKA
Buah Mangga
Mangga (Mangifera indica L.) merupakan jenis tanaman yang berasal dari
sekitar perbatasan India dengan Burma. Tanaman ini kemudian menyebar ke
wilayah Asia Tenggara termasuk Indonesia. Pohon mangga termasuk tumbuhan
tingkat tinggi yang struktur batangnya (habitus) termasuk ke dalam kelompok
arboreus, yaitu tumbuhan berkayu yang mempunyai tinggi batang lebih dari 5 m.
Umumnya pohon mangga dapat tumbuh mencapai tinggi 10-40 m. Jenis yang
banyak ditanam di Indonesia, diantaranya adalah mangga arumanis, Indramayu,
golek, gedong, manalagi dan cengkir serta dari jenis Mangifera foetida yaitu
kemang dan kweni. Penampakan tanaman serta berbagai macam bentuk buah
mangga ditunjukkan oleh Gambar 1. Klasifikasi botani tanaman mangga adalah
sebagai berikut (Prihatman 2000) :
Kerajaan

: Plantae

Divisi

: Spermatophyta

Sub divisi : Angiospermae
Kelas

: Dicotyledoneae

Bangsa

: Sapindales

Keluarga

: Anarcadiaceae

Marga

: Mangifera

Jenis

: Mangifera indica L.

Buah mangga memiliki kulit buah yang agak tebal, berwarna hijau,
kekuningan atau kemerahan jika telah masak. Ciri-ciri daging buah yang masak
yaitu memiliki warna kuning hingga merah jingga, beberapa varietas berserabut
namun ada juga yang tidak, memiliki rasa manis hingga asam dengan kandungan
air tinggi, berbau kuat, terjadi penebalan lapisan bedak pada bagian kulit luar,
pemunculan bintik cokelat pada 2/3 lebih bagian panjang buah dan menghasilkan
nada tinggi jika buah diketuk dengan jari. Mangga yang telah masak merupakan
buah meja yang banyak digemari masyarakat. Sedangkan buah mangga yang
muda dapat diawetkan dengan kadar gula tinggi menjadi manisan baik dalam
bentuk basah atau kering.

 

5

(a)

(b)

(c)

Gambar 1. (a) Tanaman mangga (b) dan (c) berbagai bentuk dan macam buah
mangga (sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Mangues.JPG).

 

6

Tanaman mangga cocok untuk hidup di daerah dengan musim kering selama
3 bulan. Masa kering diperlukan sebelum dan sewaktu berbunga. Jika ditanam di
daerah basah, tanaman mengalami banyak serangan hama dan penyakit serta
gugur bunga/buah jika bunga muncul pada saat hujan. Mangga yang ditanam di
dataran rendah dan menengah dengan ketinggian 0-500 m dpl dapat menghasilkan
buah yang lebih bermutu dan jumlahnya lebih banyak dari pada di dataran tinggi
(Prihatman 2000).
Buah mangga mengandung banyak vitamin, fitokimia dan nutrisi. Buah ini
kaya serat makanan prebiotik, vitamin C, polifenol, dan karotenoid provitamin A.
Mangga mengandung vitamin A (25%), C (76%) dan E (9%), vitamin B6
(piridoksin, 11%), vitamin K (9%) berdasarkan referensi asupan diet dalam 165
gram sajian (Olivia 2010). Mangga juga mengandung vitamin B dan nutrisi
penting seperti kalium, tembaga dan 17 asam amino. Daging buah mangga
umumnya memiliki kandungan air 70%-85% dan kandungan energi sebesar 73 kal
per 100 gram. Mangga mengandung karbohidrat berupa gula sebesar 16-18 %
yang didominasi oleh sukrosa hingga mencapai mencapai 7-12 % (Federich dan
Setiawan 2011).
Selain itu, mangga juga mengandung serat tinggi, kalsium dan fosfor yang
sangat dibutuhkan oleh tubuh. Di Indonesia, banyak jenis mangga yang memiliki
keunggulan untuk dibuat produk olahan. Sebagai contoh mangga kopyor (kadar
sarinya tinggi, baik untuk jus, sirup dan selai), mangga kweni (aromanya kuat,
bagus untuk sirup dan selai), mangga gadung (warna dan aromanya menarik,
cocok dijadikan buah kering dan jus), mangga lalijiwo (berserat halus, bagus
untuk jus, selai, dan buah kering), serta mangga cedang dan cempora (berserat
halus, warnanya menarik, beraroma kuat dan baik).

Pangan Semi Basah (Intermediate Moisture Foods)
Produk pangan semi basah atau intermediate moisture foods (IMF)
merupakan jenis makanan dengan kadar air antara10-40%, nilai aktivitas air (aw)
berkisar antara 0.6-0.9 serta mempunyai tekstur yang plastis (Soekarto 1979).
Produk IMF memiliki sifat cukup basah sehingga dapat langsung dimakan tanpa
rehidrasi serta cukup kering sehingga stabil selama penyimpanan. Menurut

 

7

Christine (2008), IMF adalah produk pangan yang memiliki tekstur lunak, diolah
menggunakan satu perlakuan atau lebih, dapat dikonsumsi langsung serta
memiliki daya simpan panjang tanpa perlakuan sterilisasi termal, pendinginan
ataupun pembekuan.
Pada pengolahan IMF, aktivitas air, kadar air, maupun tekanan uap air dalam
berbagai keadaaan sangat berpengaruh terhadap reaksi kimia, tekstur, kandungan
gizi serta daya tahan produk terhadap mikroba. Kadar air yang terdapat dalam
bahan pangan sangat berperan besar dalam reaksi oksidasi dan pencoklatan non
enzimatis. Sedangkan aktivitas air merupakan faktor utama pengendali
mikroorganisme pada IMF. Setiap mikroorganisme membutuhkan jumlah air dan
aw minimum yang berbeda untuk mendukung pertumbuhannya. Pada umumnya,
bakteri hidup pada aw >0.9, kapang hidup pada aw 0.6-0.7 dan khamir hidup pada
aw 0.8-0.9 (Fennema 1996). Proses pengolahan IMF sebagai metode pengawetan
produk menggunakan energi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan metode
pengeringan konvensional, refrigerasi, pembekuan dan pengalengan. Proses
pembuatan IMF terbagi menjadi 4 kategori (Christine 2008), antara lain:

1. Pengeringan parsial dengan menggunakan matahari atau dehidrator yang
biasanya digunakan pada bahan makanan yang banyak mengandung
humektan alami. Contoh IMF kategori ini adalah buah kering seperti
kismis, sirup maple dan lain-lain. Humektan adalah bahan yang dapat
menurunkan nilai aw tetapi dapat mempertahankan kandungan air yang
terdapat pada produk serta dapat berfungsi sebagai plasticizer (Taoukis et.
al. 1999). Terdapat beberapa kategori senyawa higroskopik yang dapat
digunakan sebagai humektan yaitu garam mineral dan organik, gula dan
turunan protein.
2. Pengeringan/ dehidrasi osmosi (osmotic drying), dimana potongan bahan
direndam dalam larutan campuran air dan humektan untuk menurunkan
aw. Adanya perbedaan tekanan osmolalitas menyebabkan air berdifusi
keluar dari bahan dan humektan akan berdifusi ke dalam bahan.
3. Pencelupan kering (dry infution) merupakan metode yang memerlukan
energi lebih tinggi, dimana bahan pangan mula-mula didehidrasi kemudian

 

8

direndam dalam larutan air-humektan sampai mencapai aw yang
diinginkan.
4. Pencampuran (blending), dimana berbagai bahan pangan termasuk
humektan dicampur kemudian diikuti dengan perlakuan ekstrusi,
pemasakan, dan perlakuan lain untuk mencapai kondisi aw yang
diinginkan.

Menurut Sudarsono (1981), pangan semi basah dapat

digolongkan berdasarkan daya awetnya, yaitu daya awet antara 0-1
minggu (seperti tape ubi kayu), daya awet antara 1 minggu sampai 1 bulan
(seperti ikan pindang), dan daya awet lebih dari 1 bulan (seperti dodol
garut dan kecap).

Pembuatan IMF terutama didasarkan pada penurunan nilai kadar air diikuti
oleh nilai aktifitas air sampai tingkat mikroba patogen dan pembusuk tidak dapat
tumbuh, tetapi kandungan air pada bahan masih cukup. Produk IMF dibagi
menjadi dua tipe, yaitu tradisional dan modern. Jenis IMF tradisional dibuat
menggunakan pengeringan dari panas matahari untuk mengurangi kandungan air
yang terdapat di dalam produk. IMF tradisional juga merupakan hasil olahan
tanpa penambahan humektan, hasil olahan dengan penambahan gula, hasil olahan
dengan penambahan gula dan garam, serta aneka produk roti (bakery product).
Jenis IMF modern diolah dengan menggunakan pendekatan teknologi pangan,
antara lain (1) menurunkan nilai aw dengan penambahan polihidrat alkohol, gula
dan atau garam, (2) pencegahan pertumbuhan mikroorganisme dengan
penambahan komponen antimikroba dan komponen antibakteri, seperti propilen
glikol dan asam sorbat, dan (3) mempertahankan faktor organoleptik, seperti
tekstur dan flavor melalui perlakuan fisika dan kimiawi.

Dehidrasi Osmotik
Pengeringan osmotik atau disebut juga dehidrasi osmotik merupakan salah
satu metode pengawetan bahan pangan dengan menggunakan tekanan osmotik
untuk mengeluarkan sebagian kandungan air pada bahan. Pada proses dehidrasi
osmotik, bahan pangan direndam ke dalam media osmosis yang memiliki tekanan
osmotik lebih tinggi dari tekanan osmotik bahan sehingga air dari dalam bahan

 

9

akan keluar ke arah media untuk menyeimbangkan tekanan. Proses osmosis juga
dapat didefinisikan sebagai perpindahan larutan hipotonik (larutan dengan
konsentrasi zat terlarut yang lebih rendah) ke larutan hipertonik (larutan dengan
konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi) melalui sebuah membran semi
permeabel. Sebagai akibat pengeluaran air dari dalam bahan tanpa perubahan fase
cairan, maka proses dehidrasi osmotik dianggap sebagai metode pengawetan
bahan pangan dan hasil pertanian yang menghasilkan mutu tinggi (Rastogi et al.
1997).
Dehidrasi osmotik dilakukan dengan perendaman bahan (sayuran, buahbuahan atau daging) ke dalam larutan hipertonik seperti gula, garam dapur,
sorbitol, gliserol dan lain sebagainya. Karena adanya beda tekanan osmotik antara
struktur biologis sel yang berfungsi sebagai membran dan larutan hipertonik, serta
sifat membran alami yang tidak 100% semi permeabel, maka terjadi suatu transfer
massa yang kompleks (Saputra 2001). Pada dehidrasi osmotik terjadi penurunan
kadar air bahan yang diikuti dengan peningkatan padatan pada bahan serta
pertukaran komponen kimia. Difusifitas padatan (gula, garam dan sebagainnya)
pada larutan lebih lambat dari laju difusifitas air keluar dari bahan. Kecepatan laju
reaksi proses pengeringan osmotik dipengaruhi oleh beberapa parameter utama,
yaitu suhu, konsentrasi dan waktu (Rastogi et al. 1997, Karathanos et al. 1995).
Produk akhir dehidrasi osmotik akan memiliki massa yang lebih rendah serta
ukuran yang relatif menyusut dibandingkan dengan produk segar sebagai akibat
adanya perpindahan air dari produk ke larutan seperti ditunjukkan oleh ilustrasi
pada Gambar 2.
Jenis dan konsentrasi media osmotik sangat mempengaruhi pengeringan dan
mutu yang dihasilkan. Karathanos et al. (1995) menemukan bahwa larutan
glukosa dengan konsentrasi 45% memberikan laju kehilangan yang paling tinggi
dibandingkan dengan konsentrasi larutan 30% dan 15%. Sukrosa dianggap
sebagai bahan larutan osmotik terbaik, terutama bila pengeringan osmotik
merupakan bagian dari pengeringan awal (Saputra 2001). Sukrosa pada
permukaan bahan yang dikeringkan membantu menghalangi kontak dengan
oksigen, yang berakibat terhadap penurunan laju pencoklatan (enzymatic
browning). Sukrosa juga lebih dapat diterima ditinjau dari segi rasa manis yang

 

10

diakibatkannya pada produk akhir. Proses dehidrasi osmotik dapat digunakan
untuk perlakuan pengeringan awal yang dapat menurunkan kadar air bahan
sampai 50% dari kadar air awal bahan (Karathanos et al. 1995).

Gambar 2. Ilustrasi perpindahan air pada sel produk (buah) akibat perendaman
dengan larutan hipertonik selama proses dehidrasi osmotik.
 

Dehidrasi osmotik merupakan salah satu metode pengawetan bahan pangan
yang saat ini telah menjadi sebuah kebutuhan dalam rantai pengolahan pangan
yang terintegrasi (Rastogi et al. 1997). Efisiensi dari proses pengeringan osmotik
dapat disebabkan oleh :

 

11

•

Komposisi dan konsentrasi dari larutan osmotik.

•

Karakteristik fisika-kimia dan struktur bahan pangan tersebut ; porositas
sel dan permeabilitas membran.

•

Parameter operasional seperti waktu, suhu (optimum pada 20-50 oC),
tekanan operasi dan lain-lain.

•

Hubungan antara volume larutan osmotik dengan bahan yang dikeringkan.

•

Penanganan pasca panen bahan ; fisik, mekanik dan kimiawi.

Sejauh ini pengeringan osmotik telah secara luas digunakan dalam industri
produk pangan, terutama untuk penanganan awal pada proses pengawetan buahbuahan. Umumnya produk buah-buahan mengandung 75% air dan banyak
penelitian telah membuktikan bahwa dengan metode pengeringan osmotik dapat
mengurangi 50% kandungan air pada bahan (Warczok et al. 2007). Jenis,
konsentrasi media osmotik dan lama perendaman dalam larutan berpengaruh
nyata terhadap pengurangan air dan peningkatan padatan. Ketebalan sampel
berpengaruh terhadap kehilangan air dan peningkatan padatan. Konsentrasi
terbaik untuk penggunaan gula adalah 50% dan media yang terbaik adalah
sukrosa komersial (Saputra 2006). Beberapa contoh aplikasi pengeringan osmotik
dalam produk pangan ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut.

Tabel 1. Aplikasi dehidrasi osmotik dalam produk pangan.
Jenis Produk
Pangan

Kondisi Penanganan (konsentrasi dan jenis
larutan osmosis, suhu, waktu pencelupan,
rasio larutan dengan produk.

Objek Pengamatan

Pustaka

Apel, Nanas

50, 60, 70 oBx Sukrosa ; 30, 40, 50 oC ; 1-5
jam; 4:1

Irisan daging buah

Sujata dan
Das 2005

Pisang
(varietas
Cavemdish)

40, 50, 60, 70 oBx Sukrosa ; 25-45 oC ; 5 jam;
20:1

Irisan daging buah

Rastogi et
al. 2005

Tomat chery

10, 25 % (w/w) NaCl, NaCl-sukrosa

tomat yang telah
dilubangi (dibuat
berpori)

Azoubel
dan Murr

bentuk dadu 1 cm3

Park et al.
2002

suhu ruang ; 0.5–3 h; 10:1
Pir

55 ºBx sukrosa; 40 ºC; 2 jam

 

12

2000

Filtrasi Membran
Membran adalah suatu fase permeabel atau semi permeabel berupa padatan
polimer tipis yang dapat menahan pergerakan bahan tertentu. Menurut Scott dan
Hughes (1996), kegunaan utama membran dalam industri ialah untuk filtrasi
padatan tidak larut berukuran mikron dan submikron dari cairan dan gas yang
mengandung padatan terlarut, perpindahan makromolekul dan koloid dari cairan
yang mengandung ion, pemisahan campuran terlarut, pemisahan selektif gas dan
uap dari aliran gas dan uap, transpor selektif ion, serta pemindahan semua bahan
yang larut maupun tidak larut dalam air.
Secara umum, bahan membran dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu
polimer sintetik, produk alami-termodifikasi yang berbahan dasar selulosa, serta
bahan lainnya seperti bahan anorganik, keramik, logam, dan membran cair. Sifatsifat yang harus dimiliki membran diantaranya ialah ketahanan kimia, stabilitas
mekanik, stabilitas termal, permeabilitas tinggi, selektivitas tinggi, serta
mempunyai jumlah pengoperasian yang tinggi. Aplikasi umum membran pada
penanganan air, aplikasi proses, dan penanganan limbah membuka peluang
aplikasi membran yang potensial pada dunia industri (Scott dan Hughes 1996).
Menurut Toledo (1991), filtrasi adalah suatu proses pemisahan dua atau lebih
komponen dalam suatu aliran fluida. Proses ini digunakan untuk memisahkan
padatan, komponen tidak larut, dan partikel lain yang tidak dikehendaki dalam
suatu cairan. Filtrasi dibagi menjadi 2 bagian, yaitu filtrasi partikel konvensional
(dead-end filtration) dan filtrasi membran (crossflow filtration). Pemisahan
partikel tersuspensi yang berukuran lebih besar dari 10 µm dapat dilakukan
dengan menggunakan filtrasi partikel konvensional, sedangkan partikel yang
berukuran lebih kecil dari 10 µm dipisahkan menggunakan filtrasi membran.
Aliran umpan dapat dibagi menjadi 2, yaitu aliran permeat (zat yang dapat
dialirkan melalui membran) dan retentat (zat yang ditahan oleh membran).
Penggambaran kedua sistem tersebut ditunjukkan pada Gambar 3 (Mulder 1996).
Pada sistem dead-end, larutan umpan dialirkan secara tegak lurus terhadap
membran sehingga terjadi peningkatan konsentrasi komponen-komponen yang
tertahan pada permukaan membran dan terjadi penurunan laju permeat yang

 

13

melalui membran. Sementara pada sistem crossflow, aliran umpannya sejajar
dengan membran sehingga fouling dapat dikurangi.
Umpan

Retentat

Umpan

Permeat
(b)

Permeat
(a)

Gambar 3. Skema modul operasi dasar dead-end (a), crossflow (b).

Kinerja dan efisiensi membran ditentukan oleh dua parameter utama, yaitu
selektivitas dan fluks membran (Mulder 1996). Fluks ialah jumlah volume
permeat yang melewati satu satuan luas membran dalam waktu tertentu dengan
adanya gaya dorong. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai fluks antara lain
tekanan membran, kecepatan crossflow, dan konsentrasi larutan. Permasalahan
utama pada filtrasi membran adalah munculnya fouling dan polarisasi konsentrasi
yang dapat menurunkan kinerja fluks membran.
Menurut Henry (1988), fouling disebabkan oleh akumulasi partikel pada
permukaan membran yang semakin lama semakin menumpuk sehingga
mengakibatkan penurunan fluks dan perubahan selektivitas. Menurut Cheryan
(1998), fouling sangat dipengaruhi oleh karakteristik membran dan interaksinya
dengan material yang akan difiltrasi. Sedangkan polarisasi konsentrasi
intensitasnya dipengaruhi oleh parameter operasi proses filtrasi membran seperti
tekanan transmembran, laju aliran dan suhu. Perbedaan ukuran molekul umpan
juga dapat menurunkan nilai fluks, karena semakin besar ukuran molekul zat yang
dialirkan melalui membran, semakin mungkin terbentuk lapisan gel pada
permukaan membran yang dapat menghambat laju alir. Menurut Cheng dan Wu
(2001), terdapat dua parameter penting yang berpengaruh terhadap kinerja
membran, yaitu resistansi (rejeksi) membran dan fluks permeat. Secara umum,
fluks akan menentukan jumlah permeat yang dapat dihasilkan, sedangkan

 

14

selektivitas membran berkaitan dengan kualitas permeat. Selektivitas membran
merupakan suatu ukuran membran dalam menahan atau melewatkan suatu spesi
tertentu. Selektivitas membran tergantung kepada interaksi antarmuka dengan
spesi yang akan melewatinya, ukuran spesi serta ukuran pori memb