Kinerja Alat Kempa Hidrolik Sistem Terputus Untuk Proses ...iccri.net/download/Pelita...

62

Sri-Mulato, Widyotomo, dan Purwadaria

1) Ahli Peneliti (Senior Researcher) dan Peneliti Madya (Junior Researcher); Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia,

Jl. P.B. Sudirman 90, Jember 68118, Indonesia.

2) Dosen (Lecture); Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Jember, Jl. Mastrip, Jember, Indonesia

Pelita Perkebunan 2008, 24 (1), 62— 79

Kinerja Alat Kempa Hidrolik Sistem TerputusUntuk Proses Ekstraksi Lemak Kakao

Performance of a Batch System Hydrolic Pressfor Cocoa Butter Extraction Process

Sri-Mulato1), Sukrisno Widyotomo1), dan Hadi K. Purwadaria2)

Ringkasan

Biji kakao dapat dimanfaatkan sebagai sumber lemak yang dipergunakandalam industri pangan, kosmetika, farmasi dan sebagai sumber “flavouring agent”dalam industri pangan. Lemak kakao dapat dipisahkan dengan prinsip dikempaatau pengenaan tekanan baik secara terputus (batch) maupun kontinyu.Pengempaan lemak kakao secara terputus memiliki disain konstruksi lebihsederhana, biaya konstruksi dan biaya perawatan serta pengadaan suku cadangrelatif lebih terjangkau. Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia telah melakukanrancang bangun alat kempa hidrolik sistem terputus untuk proses ekstraksi lemakkakao. Alat tersebut dirangkaikan dalam satu paket alat dan mesin untuk mem-produksi makanan dan minuman cokelat siap konsumsi skala pilot plan yang sesuaidan terjangkau oleh pengusaha kecil, baik secara teknologis maupun harga. Tujuanpenelitian ini adalah menentukan kinerja alat kempa hidrolik sistem terputussehingga diperoleh kondisi optimum pengoperasian yang dapat digunakan sebagaiacuan kerja dengan mutu produk akhir yang baik. Bahan penelitian berupa kepingbiji, pasta kasar, dan pasta halus yang berasal dari biji kakao lindak yang telahdisangrai dengan kadar air 2,5—3%. Tekanan kempa yang digunakan antara 1723K.Pa sampai 16892 K.Pa, sedangkan suhu yang dikenakan ke bahan uji pastakasar adalah 30OC, 40OC, dan 45OC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ekstraksibiji kakao terfermentasi memberikan kadar lemak dan kapasitas kerja masing-masing12% dan 22% lebih tinggi dibandingkan dengan hasil ekstraksi biji kakao tidakterfermentasi. Kapasitas kerja alat kempa pada kondisi operasional optimum sebesar2 kg pasta kasar/jam, diperoleh pada bobot bahan 0,4 kg/batch, dan suhu bahanpra pengempaan 45OC yang memerlukan daya pengempaan 0,6 kWh dengan lemakyang dapat terekstrak sebanyak 33,3% atau setara 0,14 kg/batch. Untuk bebankempa 1 kg dibutuhkan daya 1,67 kWh dengan lemak yang dapat terekstraksebanyak 34,6% atau setara 0,35 kg. Kapasitas alat untuk pengempaan pasta kasarkakao pada suhu kamar berkisar pada 1,2–2,3 kg/jam.

Kinerja alat kempa hidrolik sistem batch untuk proses ekstraksi lemak kakao

63

Summary

Cocoa beans could be used as butter source in food industry, cosmetic,pharmacy, and flavouring agent. Cocoa butter can be extracted by pressingprocess with continuous or discontinuous methods. Discontinuous pressing pro-cess (batch system) has simple design, low cost for construction and mainte-nance, and the spare part cost is cheaper than the continuous process. Indo-nesian Coffee and Cocoa Research Institute has designed and tested a batchsystem hydrolic pressure for cocoa butter extraction . This equipment is one ofmachineries that be used to process cocoa beans to final product such as co-coa powder and chocolate liquor for small-medium scale industry. The objec-tives of this research is to study the performance of that batch system hydrolicpressure for cocoa butter extraction at optimum operation with good quality.The used materials are roasted cocoa cotyledon, crude liquor, and fine liquorwhich be produced from 2.5—3% moisture content of cocoa roasted beans.The temperature and pressure treatments are 30OC, 40OC, 45OC and 1723 K.Pato 16892 K.Pa. The result showed that exctraction of fermented beans is 12%cocoa butter and 22% capasity higher than exctraction of unfermented beans.The optimum operation condition is 0.4 kg crude liquor per batch and 45OCpre treatment temperature by capacity 2 kg of crude liquor per hour, 0.6 kWhpower consumption. This condition extract 33% of cocoa butter equal with0.14 kg/batch. On the other hand, 1 kg crude liquor consump 1.67 kWh andextract 34.6% of cocoa butter or equal with 0.35 kg/batch. The equipmenthas capacity 1.2—2.3 kg of crude liquor/hour on ambient temperature condi-tion.

PENDAHULUAN

Dari total produksi kakao Indonesia yangtelah mencapai 350.000 ton per tahun, hanya20% yang diolah dan dipasarkan dalambentuk olahan (Direktorat JenderalPerkebunan, 2003). Djatmiko & Wahyudi(1985) melaporkan bahwa biji kakao dapatdimanfaatkan sebagai sumber lemak yangdipergunakan dalam industri pangan,kosmetika, farmasi dan sebagai sumber“flavouring agent” yang dipergunakan dalamindustri pangan. Mengingat potensi biji kakaosebagai bahan baku industri, maka masalahkesalahan-kesalahan pengolahan yangberakibat timbulnya penurunan mutu perlu

Key words: Cocoa butter, extraction, hydrolic press, batch system.

mendapatkan perhatian yang proporsional.Tujuannya adalah untuk mengimbangikemungkinan peningkatan persainganperdagangan nasional maupun internasionaldalam segi mutu, mengingat adanya kecen-derungan peningkatan persyaratan mutu darinegara-negara konsumen.

Sebagai salah satu program penelitianutama, Pusat Penelitian Kopi dan KakaoIndonesia telah merancang dan mengembang-kan suatu rangkaian alat pengolahan cokelatpada skala pilot plan (Sri-Mulato &Widyotomo, 1999). Keluaran yang diharap-kan adalah diperolehnya produk cokelatdengan biaya produksi relatif murah

64


murahnamun memiliki kualitas yang baik.Dengan demikian, konsumen lokal terutamagolongan masyarakat menengah ke bawahmampu membeli produk tersebut dan padagilirannya dapat meningkatkan konsumsicokelat dalam negeri. Menurut Minifie(1982), proses produksi cokelat tidak harusmenggunakan alat dan mesin yang canggih.Lebih lanjut Sri-Mulato et al. (2004)melaporkan bahwa proses produksi cokelatdapat juga menggunakan peralatan yang relatifsederhana tergantung pada kebutuhan pasarakan mutu produk yang dihasilkan. Haltersebut mengacu pada upaya untuk me-ngembangkan teknologi proses dan peran-cangan alat mesin pengolahan cokelatkhususnya untuk mendukung industricokelat skala Usaha Kecil Menengah (UKM)di dalam negeri.

Ekstraksi lemak kakao merupakan salahsatu tahap yang penting dalam rangkaianproses produksi makanan dan minumancokelat. Lemak kakao diolah untuk produkmakanan setelah dicampur dengan pasta,gula, dan bahan-bahan lainnya (Misnawiet al., 2006). Lebih lanjut Djatmiko &Wahyudi (1985) melaporkan bahwa lemakkakao memiliki sifat yang unik, yaitu tidakmencair pada suhu kamar, tetapi mencairpada suhu tubuh sehingga dapat juga dipakaisebagai bahan baku industri farmasi dankosmetika. Sisa hasil ekstraksi lemak berupabungkil padat merupakan bahan baku utamapembuatan bubuk untuk makanan atauminuman cokelat.

Lemak kakao dapat dipisahkan darikomponen keping biji (nib) pascasangraidengan prinsip dikempa atau pengenaantekanan, baik secara terputus (batch)

maupun kontinyu. Ekstraksi lemak kakaosecara kontinyu dapat dilakukan denganmenggunakan sistem screw expeller, sedang-kan ekstraksi lemak kakao secara terputusdapat dilakukan dengan menggunakan tabungberkempa hidrolik. Salah satu keuntunganproses ekstraksi lemak kakao secara kontinyuadalah kapasitas produksi per satuan waktutinggi, sedangkan beberapa kelemahannyaadalah memiliki disain konstruksi mesin yanglebih rumit, biaya konstruksi dan biayaperawatan serta pengadaan suku cadangrelatif lebih mahal. Ekstraksi lemak kakaosecara terputus dengan menggunakan ta-bung berkempa hidrolik memiliki disainkonstruksi yang lebih sederhana, biayakonstruksi dan biaya perawatan sertapengadaan suku cadang relatif lebihterjangkau. Salah satu kelemahan dari sistemekstraksi lemak kakao secara terputus ada-lah kapasitas produksi per satuan waktu yangmasih relatif rendah. Namun demikian,ekstraksi lemak kakao dengan menggunakantabung berkempa hidrolik tampaknya sesuaidengan kondisi UKM di Indonesia karenabiaya investasi yang rendah, kemudahanoperasional dan perawatannya (Sri-Mulatoet al., 2004).

Pusat Penelitian Kopi dan KakaoIndonesia telah melakukan rancangbangunalat kempa hidrolik untuk proses ekstraksilemak kakao secara terputus (batch). Alattersebut dirangkaikan dalam satu paket alatdan mesin untuk memproduksi makanan danminuman cokelat siap konsumsi skala pilotplan yang sesuai dan terjangkau olehpengusaha kecil baik secara teknologismaupun harga. Dengan demikian, konsumenlokal terutama golongan masyarakat


65

menengah ke bawah mampu membeliproduk tersebut dan pada gilirannya dapatmeningkatkan konsumsi cokelat dalamnegeri.

Tulisan ini membahas mengenai kinerjaalat kempa hidrolik untuk proses ekstraksilemak kakao secara terputus skala usahamikro kecil dan menengah yang akandirangkaikan pada alat pengolahan cokelatpada skala pilot plan. Tujuan penelitianini adalah untuk mempelajari kinerja alatkempa hidrolik sistem terputus sehinggadiperoleh kondisi optimum pengoperasianyang dapat digunakan sebagai acuan kerjadengan mutu produk akhir yang baik. Kajiankinerja teknis dan karakteristik lemak kakaohasil pengempaan dari aspek sifat fisik, jugaakan dibahas.

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di LaboratoriumTeknologi Pengolahan Hasil dan RekayasaAlat dan Mesin Pengolahan Kopi dan Kakao,Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia,Jember, Jawa Timur, pada bulan Agustussampai Oktober 2006.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan adalah biji kakaolindak kering terfermentasi (fermented beans)dan tidak terfermentasi (unfermented beans)hasil Kebun Percobaan Kaliwining, Jember.Biji kakao terfermentasi memiliki kisarankadar air 7—8% (basis basah), kadar kulit

12—13%, rerata kerapatan curah 453 kg/m3

dan setelah melalui proses sehingga telahterpisah dari kotoran dan benda asinglainnya, diperoleh biji kakao dengan sifatyang mendekati seragam serta masuk dalamklasifikasi mutu A dengan 86—100 biji per100 g biji kakao kering. Hasil analisis labora-torium menunjukkan bahwa biji kakaotersebut memiliki rerata kadar lemak 53%.Biji kakao tidak terfermentasi memiliki kisarankadar air 6—7% (basis basah), rerata kadarkulit 19%, rerata kerapatan curah 601 kg/m3

dan setelah melalui proses diperoleh bijikakao dengan sifat yang mendekati seragamserta masuk dalam klasifikasi mutu S denganlebih dari 120 biji per 100 g biji kakao kering(DSN, 2002).

Sebelum proses pemecahan biji danpemisahan kulit dari komponen keping biji,biji kakao tersebut terlebih dahulu disangraimenggunakan mesin sangrai biji kakao tipesilinder pada kisaran suhu 120—130OCselama 25—30 menit sampai diperoleh tingkatkemasakan yang relatif seragam dengankadar air 2,5—3% sebagaimana dilakukanWidyotomo et al. (2005). Kondisi bahankakao yang digunakan sebagai bahan bakupengempaan lemak terdiri atas tiga perlakuansebagaimana ditampilkan pada Gambar 1,yaitu (A) Keping biji, (B) pasta kakao kasar,dan (C) pasta kakao halus.

Keping biji kakao diperoleh dari prosespemecahan biji dan pemisahan kulit (shell)kakao pada kondisi putaran poros mesin 500rpm, dan kecepatan aliran udara 2,8 m/detikdengan kapasitas kerja mesin 268 kg/jamseperti yang dilakukan Widyotomo et al.,(2005). Pasta cokelat diperoleh dari prosespemastaan tahap I dengan menggunakan

66


mesin pemasta tipe ulir dengan kapasitaskerja operasional 29 kg/jam. Keping bijiyang semula berbentuk partikel padat kasardihancurkan sampai ukuran 300—400 µmdan berubah bentuk menjadi pasta yangkemudian digunakan sebagai bahanpenelitian sebagai yang dilakukan Sri-Mulatoet al. (2004). Pasta halus diperoleh dariproses pemastaan tahap II dengan meng-gunakan mesin pemasta tipe silinderbertingkat (multy cylinder) dengan kapasitaskerja operasional 6 kg/jam. Alat penghaluslanjut (refining) dirancang dan dibuat di

Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indone-sia dengan komponen utama terdiri atas bakpenampung pasta, lima buah silinderpenghalus yang disusun vertikal, dan mo-tor penggerak.

Peralatan utama yang digunakan adalahalat kempa hidrolik tipe terputus besertakelengkapannya (Gambar 2), dan beberapaalat dan mesin bantu seperti mesin sangrai,mesin pemecah biji dan pemisah kulit kakaopascasangrai (desheller), mesin pemastakasar tipe ulir (screw expeller), mesin

Gambar 1. Diagram alir penelitian.

Figure 1. Flowchart of the research.


67

penghalus pasta (refiner), alat ukur kadarair Digimost (digital moisture tester), alatpencatu data berupa komputer dan data ac-quisition FLUKE, alat ukur kecepatan putar(tachometer) TECPEL 1501, timbangan digi-tal dengan beban maksimum 50 kg,timbangan analitik, dan beberapa peralatanbantu lainnya.

Deskripsi Alat Ekstraksi Lemak KakaoSistem Kempa Hidrolik SecaraTerputus

Alat ekstraksi lemak kakao sistem kempahidrolik secara terputus memiliki lima bagianpenting, yaitu silinder pengempa, sistemhidrolik, tabung tegak, rangka, dan wadah

P1

T2

7

6

5 4

8

9

21

3

Keterangan (Notes) :1. Rangka (beam) 6. Pompa hidrolik (hidroulic pump)2. Tabung silinder kempa (pressing cylinder tube) 7. Motor listrik (electric motor)3. Silinder kempa (pressing cylinder) 8. Tabung tegak (cocoa chamber)4. Penampung lemak kakao (cocoa butter cup) 9. Indikator tekanan dan tuas kendali (control system)5. Tangki penampung oli (oil chamber).

Gambar 2. Alat kempa hidrolik tipe batch untuk ekstraksi lemak kakao.

Figure 2. Batch tipe hidroulic pressing equipment for cocoa butter extraction.

68


penampung. Silinder pengempa dibuat daribahan baja tahan karat (stainless steel)dengan ukuran diameter dan panjang masing-masing 60 mm, dan 430 mm. Silinderpengempa berfungsi untuk memberikantekanan yang cukup pada bahan yang akandiekstraksi kandungan lemaknya. Untukmenghindari terjadinya kebocoran di antaradinding tabung dan silinder kempa, makapada bagian depan silinder kempa dilapisikaret pejal dengan ketebalan 10 mm.Silinder kempa dapat digerakkan naik danturun dengan adanya sistem hidrolik.

Sistem hidrolik yang digunakan terdiriatas komponen sebagai berikut :

1. Selang hidrolik berdiameter 25,4 mmtempat mengalirnya oli dari tangki pe-nampung oli ke tabung silinder kempa.

2. Tenaga penggerak berupa satu unit mo-tor listrik berdaya 3 HP, 3 phase danputaran poros 1420 rpm yang berfungsimemutar pompa sehingga oli dapatmengalir di dalam selang hidrolis.

3. Tangki penampung oli yang dibuat dariplat baja tebal 6 mm berdiameter 360 mmdan tinggi 255 mm yang berfungsi sebagaitempat penampung oli.

4. Tuas kendali serta indikator tekanankempa skala maksimum 35000 psi atau250 kg/cm2.

Tabung tegak berfungsi untuk menam-pung bahan yang akan dikempa, dibuat daripipa baja tahan karat (stainless steel) tebal10 mm, berdiamater 55 mm, dan tinggi 80mm. Pada bagian dinding tabung dibuatdelapan alur lubang berdiameter 1 mm, dan

masing-masing alur terdiri dari 10 lubang.Selain mengalir ke bawah karena adanyagaya gravitasi, lemak cair yang telah lepasdari pori-pori keping biji akan mengalir keluarmelalui lubang-lubang yang terdapat didinding tabung tegak. Lemak akan ter-tampung di wadah penampung lemak yangdiletakkan tepat di bawah tabung tegak.Rangka utama dibuat dari plat baja tebal 10mm dengan ukuran panjang, lebar dan tinggimasing-masing 1000 mm, 800 mm, dan1800 mm.

Pelaksanaan Penelitian

Perlakuan

Kinerja alat ekstraksi lemak kakao sistemkempa hidrolik secara terputus untukekstraksi lemak kakao dievaluasi dalam tigajenis bahan baku, yaitu keping biji kakao,pasta kasar, dan pasta halus yang masing-masing sebelum proses pengempaandikenakan perlakuan pemanasan di dalamoven selama 1-2 jam pada suhu 40 dan 45OC.Perlakuan bobot dari masing-masing jenisbahan yang akan dikempa adalah 100 g, 200g, 300 g, 400 g, 500 g, 750 g, dan 1000g. Ulangan pengempaan untuk setiapperlakuan di atas dilakukan sebanyak 3 kali.Sebagai kontrol dilakukan proses pengempaankeping biji, pasta kasar, dan pasta halus tanpaperlakuan pemanasan.

Pengukuran

Parameter yang diukur meliputi tekananpengempaan, lama pengempaan, berat bahanyang diumpankan, berat lemak yang di-


69

peroleh, berat bungkil (padatan tersisa), danarus listrik untuk menghitung kebutuhan dayapengempaan.

Tolok ukur

Beberapa tolok ukur yang digunakandalam penentuan kondisi optimumpengoperasian alat kempa adalah :

1. Kapasitas pengempaan (Kp)

Kapasitas kerja alat ekstraksi lemakkakao sistem kempa hidrolik secara batch(Kp) ditentukan dengan menggunakanpersamaan sebagai berikut:

Persamaan di atas digunakan untukmenentukan nilai kebutuhan daya untukproses pengempaan dengan tenaga penggeraksebuah motor listrik 3 phase.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bahan baku penelitian berupa biji kakaoterfermentasi dan tidak terfermentasidisangrai secara terpisah pada kisaran suhu120-130OC selama 25-30 menit sampaidiperoleh tingkat kematangan yang relatifseragam dengan kadar air antara 2,5-3%.Biji kakao pascasangrai kemudian dipecahdan bagian keping biji dipisahkan dari kulitsecara mekanis sebagai dilakukan Widyotomoet al. (2005). Perlakuan kondisi bahan ujiuntuk proses pengempaan berupa keping biji,pasta kasar dan pasta halus, diperolehmelalui tahapan pengolahan baku produkkakao sekunder (Sri-Mulato et al., 2005).Tekanan kempa hidrolik yang digunakandalam proses pengempaan lemak kakaoantara 1723 K.Pa sampai 16892 K.Pa.Lemak akan terpisah dan keluar dari wadahpenyaring melalui dinding tabung dalam fasecair berwarna putih kekuningan.

Kinerja alat kempa hidrolik diuji denganmenggunakan biji kakao tidak difermentasidan biji terfermentasi. Gambar 3 menunjuk-kan bahwa ekstraksi biji kakao terfermentasidengan menggunakan alat kempa hidrolikakan memberikan kadar lemak 12% lebihtinggi dibandingkan dengan hasil ekstraksibiji kakao tidak terfermentasi. Untukpengempaan biji kakao terfermentasi, alatkempa hidrolik akan memiliki kapasitas kerja22% lebih tinggi jika dibandingkan untukpengempaan biji kakao tidak terfermentasi.

2. Kadar lemak (KL)

Kadar lemak yang diperoleh ditentukandengan menggunakan persamaan sebagaiberikut :

3. Daya yang diperlukan

Kebutuhan daya untuk prosespengempaan (Dp) dditentukan denganpersamaan sebagai berikut (Setiawan, 2007):

2

√V.I.t 3

Dp,kWh =

Berat lemak kakao (cocoa butter weight),kg KL,%=

Berat kakao (cocoa weight),jam (hour)

3

Dp = daya yang diperlukan (power), kWhV = tegangan (voltage), VI = arus (current), At = waktu (time), detik (second)

Kp,kg / jam (kg/h)=

Berat bahan (material weight),kg

Waktu kempa (time),jam (hour) 1

70


Suatu indikasi bahwa makin pendek waktufermentasi, biji kakao akan memiliki sifatyang lebih keras dan sulit untuk dilumatkan.Diduga biji kakao dengan waktu fermentasipendek memiliki nisbah antara jumlah partikelnon lemak dan senyawa lemaknya masihrelatif besar. Makin lama waktu fermentasi,jumlah senyawa organik yang terurai semakinbanyak. Senyawa yang telah terurai akankeluar dan meninggalkan rongga-ronggakosong dalam jaringan keping biji kakao.Makin lama waktu fermentasi, jumlah ronggaakan semakin banyak sehingga biji kakaoyang terfermentasi selama 5 hari akanmemiliki sifat yang lebih rapuh dan lemakakan lebih mudah terekstraksi dibandingkandengan biji kakao yang tidak difermentasi.Widyotomo et al. (2001), dan Yusiantoet al. (1997) melaporkan bahwa kadar lemakbiji kakao yang difermentasi 0,07—5,69%lebih tinggi daripada yang tidak difer-

mentasi. Fermentasi dapat menurunkan kadarbahan bukan lemak, sehingga secara relatifkadar lemak meningkat. Biji yang difer-mentasi di dalam peti kayu memiliki kadarlemak 45,7%, sedangkan perlakuan fermen-tasi di dalam karung yang dibalik setiap harihanya memiliki kadar lemak 42%.

Proses ekstraksi yang dilakukan secaraterus menerus menyebabkan ukuran partikelkeping biji dan pasta yang semula kasar akanmengecil dan mendekati ukuran sel-sel dagingbiji tempat senyawa lemak kakao tersimpandi dalamnya. Sel-sel tersebut kemudian pecahkarena tekanan, kemudian senyawa lemakkeluar dan bebas (Sri-Mulato et al., 2004).Sifat lemak kakao yang licin menyebabkankeping biji, pasta kasar dan pasta halus yangsemula padat dan kental menjadi bahan yangpadat dan remah. Namun demikian, Gambar5 menunjukkan bahwa kapasitas kerja alat

Gambar 3. Kapasitas kerja alat dan kadar lemak dari proses pengempaan bahan terfermentasi dan tidakterfermentasi.

Figure 3. Work capacity and cocoa butter extracted from pressing process of fermented and unfermentedmaterials.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Fermentasi (fermented) Tidak fermentasi (unfermented)Bahan baku

Lemak (butter),% Kapasitas (capacity),kg/jam (kg/h)

Bahan baku (low materials)

Fermentasi(fermented) Tidak fermentasi(unfermented)

Lemak (butter), % Kapasitas (capacity), kg/jam (kg/h)


71

kempa tertinggi sebesar 2,3 kg/jam diperolehuntuk ekstraksi lemak kakao dari bahan ujiberupa pasta kasar, sedangkan kapasitas kerjaalat kempa terendah 0,96 kg/jam diperolehuntuk ekstraksi lemak kakao dari bahan ujiberupa keping biji. Kebutuhan daya terendahsebesar 1,04 kWh diperlukan untukpengempaan pasta kasar, sedangkankebutuhan daya tertinggi sebesar 2,23 kWhdiperlukan untuk pengempaan pasta halus.

Keping biji kakao terfermentasi yangdigunakan sebagai bahan uji memiliki ukuranpartikel 2—4,75 mm sesuai yang dilakukanWidyotomo et al. (2007), sedangkan ukuranpartikel pasta kakao kasar dan pasta halusmasing-masing 300—400 µm, dan 20—30µm sesuai yang digunakan Sri-Mulato etal. (2004). Hasil penelitian menunjukkanbahwa lemak yang terekstrak dari pasta halus

lebih tinggi dibandingkan dengan ekstraksilemak dari bahan uji berupa keping biji (nib)maupun pasta kasar (Gambar 4). Kettenberg& Kemmink (1993) serta Dimick & Hoskin(1981) menyatakan bahwa untuk industripengempaan kakao, penyangraian keping bijilebih banyak digunakan karena dianggaplebih merata dalam penyebaran panas sangraisehingga diperoleh kecepatan penguapan airlebih tinggi dan menghasilkan luaran yanglebih besar. Lebih lanjut Kleinert (1994) danUrbanski (1998) melaporkan bahwabeberapa kelemahan yang terdapat dalampenyangraian biji kakao utuh adalah hasilsangrai yang kurang merata karena variasiukuran biji dan migrasi lemak dari kepingbiji ke kulit.

Sri-Mulato et al. (2004) menyatakanbahwa suatu alat pengolahan dianggap

Gambar 4. Hubungan perlakuan bahan baku terhadap kadar lemak yang dapat terekstrak.

Figure 4. Relationship between material treatments to percentage of cocoa butter extracted.

0

20

40

60

80

100

nib Pasta kasar (crude liquor) Pasta halus (Fine liquor)

Jenis bahan (materials)

Lemak (butter) Bungkil (cake)

Pasta halus (Fine liquor)

Lemak (Butter) Bungkil (Cake)

Pasta kasar (Crude liquor)

Jenis bahan (Materials)

Keping biji (Nib)

%

72


efisien jika mampu menghasilkan produkdengan kualitas yang memenuhi standarkonsumen dengan biaya pengolahan yangminimal. Biaya energi merupakan faktorpenentu utama terhadap biaya proses pe-ngempaan lemak kakao karena alat pengempabekerja selama kurun waktu tertentu dengantenaga kerja terampil. Hasil pengukuran dayayang diperlukan selama proses pengempaanlemak dari tiga jenis bahan yang berbeda,yaitu keping biji, pasta kasar dan pasta halusditampilkan pada Gambar 5. Tampak bahwakonsumsi daya untuk proses ekstraksi lemakkakao dari bahan uji pasta yang diperolehdari proses pemastaan tahap I paling rendahdengan kapasitas kerja alat kempa yangtertinggi. Lebih lanjut Sri-Mulato et al.(2005) melaporkan bahwa rendemen

pengempaan sangat ditentukan oleh kondisiukuran partikel yang akan dikempa.

Kajian pengaruh jumlah bahan yangdikempa dengan alat kempa hidrolik jugadilakukan pada tahapan kegiatan penelitianini. Bahan uji yang digunakan berupa produkpasta hasil pemastaan tahap I. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa penambahan jumlahbahan yang dikempa tidak berbanding lurusdengan nisbah peningkatan kadar lemak yangdapat diekstraksi (Gambar 6). Hasil analisispersamaan garis menunjukkan bahwapersentase lemak kakao yang dapat diekstrak(Y) dari sejumlah pasta kakao (X) denganmenggunakan alat kempa lemak kakaohidrolik akan mengikuti persamaan Y =2,1112 Ln (X) + 34,848 dengan nilaikoefisien korelasi sebesar 0,9623 (pada

Gambar 5. Hubungan antara perlakuan jenis bahan baku terhadap kapasitas kerja alat dan kebutuhan daya.

Figure 5. Relationship between material treatments to work capacity and power consumption.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

nib Pasta kasar (crude liquor) Pasta halus (Fine liquor)

Bahan (materials)

Lemak (butter) Bungkil (cake)

Keping biji (Nib)

Kapasitas, kg/j(capacity, kg/h)

Daya (power),kWh

Pasta kasar (Crude liquor) Pasta halus (Fine liquor)

Bahan (Materials)


73

kisaran beban kerja antara 0,1–0,4 kg), danY = 2,68X + 31,917 dengan nilaikoefisien korelasi (R) sebesar 0,9889 (padakisaran beban kerja 0,5–1 kg).

Kapasitas kerja pengempa hidrolik tipeterputus yang diperoleh dengan beberapabeban bobot bahan yang dikempa ditampil-kan pada Gambar 7. Kapasitas kerja teren-dah sebesar 1,2 kg/jam diperoleh padapengempaan pasta kakao kasar seberat 0,1kg, sedangkan kapasitas kerja tertinggisebesar 2,3 kg/jam diperoleh padapengempaan pasta kakao kasar seberat 0,5kg.Hasil pengujian menunjukkan karak-teristik kapasitas kerja alat mengikutipersamaan polinomial Y = -3,389X2 +4,19X + 0,897 dengan Y adalah bobotbahan (kg) dan X adalah kapasitas kerja alat(kg/jam) dengan nilai koefisien korelasi (R)0,9358 untuk kisaran bobot bahan uji0,1—1 kg. Semakin berat jumlah bahan yangdiumpankan tidak memberikan korelasipositif terhadap nilai kapasitas kerja yangsemakin tinggi. Nilai optimum lemak yangdapat diekstrak yaitu 33,3—33,6% adalahpada pengempaan 0,4—0,5 kg bahan uji.Gambar 6 menampilkan bahwa dengansemakin banyak bahan uji yang dikempa makaakan diperoleh kadar lemak yang semakintinggi. Namun demikian, nisbah antaralemak yang dapat diekstrak dengan bobotbahan yang dikempa semakin kecil. Efisiensiproses pengempaan akan maksimal jika alatkempa dapat dioperasikan pada kondisi kerjadengan kebutuhan daya yang minimal dandihasilkan massa lemak kakao yangmaksimal.

Hasil uji kinerja alat menunjukkan bahwakebutuhan daya untuk proses pengempaan

pasta kakao kasar pada suhu lingkunganmengikuti persamaan garis Y = 1,56X –0,0027 denganY adalah daya yang di-butuhkan (kWh), dan X adalah bobot bahan(kg) dengan nilai koefisien korelasi sebesar0,9831 untuk kisaran beban kempa 0,1—1kg (Gambar 8). Daya terendah untuk prosespengempaan sebesar 0,24 kWh dibutuhkanuntuk pengempaan 0,1 kg bahan uji, sedang-kan daya tertinggi sebesar 1,67 kWh di-butuhkan untuk pengempaan 1 kg bahan uji.

Pada pengoperasian alat dengan bebankempa 0,4 kg, dibutuhkan daya sebesar 0,6kWh dengan lemak yang dapat diekstraksebanyak 33,3% atau setara 0,14 kg,sementara untuk beban kempa 1 kg di-butuhkan daya 1,67 kWh dengan lemak yangdapat diekstrak sebanyak 34,6% atau setara0,35 kg. Jika disetarakan dengan jumlahbahan 1 kg, pengempaan sistem seri denganbeban bahan uji 0,4 kg akan memberikanselisih 0,012 kg lebih rendah jika di-bandingkan dengan lemak yang dapatdiekstrak dari beban kempa 1 kg. Namun,efisiensi konsumsi daya untuk pengempaanbeban 1 kg lebih rendah 18% dibandingkandengan konsumsi daya untuk pengempaanbeban 0,4 kg yang dilakukan secara seri.

Hasil pengujian alat menunjukkanhubungan antara jumlah bobot bahan dikempaterhadap ketebalan bungkil yang dihasilkanditampilkan pada Gambar 9 atau dijabarkandalam persamaan garis regresi linier Y =30,189X + 0,2692 dengan Y adalahketebalan bungkil (mm), dan X adalah beratbahan (kg) dengan koefisien korelasi 0,988untuk kisaran beban kempa 0,1—1 kg.Ketebalan bungkil terendah sebesar 4 mmdiperoleh pada pengempaan pasta kasar

74


29

30

31

32

33

34

35

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Berat bahan [material weight], kg

Kad

ar le

mak

[coc

oa b

utte

r], %

Gambar 6. Hubungan antara berat bahan terhadap nisbah lemak yang dihasilkan.

Figure 6. Relationship between material weight with ratio cocoa butter extracted.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Kap

asita

s ke

rja [c

apac

ity],

kg/j

[kg/

h]

Gambar 7. Hubungan antara berat bahan terhadap kapasitas kerja pengempaan.

Figure 7. Relationship between material weight with work capacity of pressing unit.

Kad

ar le

mak

(Coc

o bu

tter)

Berat bahan (Material weight), kg

Kap

asita

s ke

rja,

kg/

j (C

apac

ity),

kg/

h



75

dengan beban 0,1 kg, sedangkan ketebalanbungkil tertinggi sebesar 29 mm diperolehpada pengempaan pasta kasar dengan beban1 kg.

Pengempaan bahan uji berupa pastakasar dilakukan pada kisaran kuat tekan yangsama untuk semua perlakuan berat bahan uji,yaitu antara 1723 K.Pa sampai 16892 K.Pa.Dengan nilai tekanan kempa dan luaspermukaan penampang melintang silinderkempa yang sama, semakin banyak bahanuji yang digunakan maka ketebalan bungkilakan semakin tinggi. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa ketebalan bungkil hasilpengempaan bahan uji 0,4 kg adalahmendekati separuh ketebalan bungkil hasil

pengempaan bahan uji 1 kg. Jika ditinjaudari jumlah lemak yang dapat diekstraksidan daya yang dibutuhkan untuk prosespengempaan, maka proses pengempaan 0,4kg lebih efisien.

Hasil pengujian alat kempa lemak kakaodengan perlakuan suhu pada bahan uji yangdigunakan, ditampilkan pada Gambar 10.Makin tinggi suhu yang dikenakan pada bahanuji prapengempaan, maka perentase lemakyang dapat terekstrak semakin tinggi pula.Proses pengempaan yang dilakukan secarabertahap dengan pemberian tekanan yangsemakin besar menyebabkan sel-sel kepingbiji pecah dan senyawa lemak terpisah danterbebas. Sifat kekentalan pasta cokelat yang

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Keb

utuh

an d

aya

[pow

er co

nsum

ptio

n], k

Wh

Gambar 8. Hubungan antara berat bahan terhadap kebutuhan daya pengempaan.

Figure 8. Relationship between material weight with power consumption.


Keb

utuh

an d

aya

(Pow

er c

onsu

mpt

ion)

, kwh

76


dipengaruhi oleh suhu berpengaruh padajumlah lemak yang dapat diekstrak. Lemakkakao yang licin menyebabkan pasta kakaoyang semula kental menjadi encer. Sri-Mulato et al. (2004) melaporkan bahwakomponen utama pasta kakao secara umumterdiri atas senyawa lemak dan partikel non-lemak. Senyawa lemak memiliki titik lelehyang relatif rendah, 36—37OC dan jugamemiliki sifat alir yang baik, sebaliknyapartikel non-lemak memiliki sifat kesat dansedikit agak keras.

Persamaan garis linier yang terbentukdari hubungan antara suhu yang dikenakanterhadap bahan uji sebelum di kempa (X)terhadap persentase lemak yang dapat

terekstrak (Y), mengikuti persamaan Y =1,85X + 26,25 dengan nilai koefisienkorelasi 0,9737 pada kisaran pengenaansuhu 30-45OC. Namun demikian, pengkajianpengaruh suhu yang lebih tinggi terhadappersentase lemak yang dihasilkan perlu dikajilebih mendalam untuk dapat menentukannilai optimal suhu yang dapat diterapkanuntuk memperoleh persentase lemak yangmaksimal. Sri-Mulato et al. (2004) melapor-kan bahwa untuk produk cokelat susu, suhuproses yang dapat diterapkan sebaiknya tidaklebih dari 70OC karena pasta cokelat yangmasih membutuhkan tambahan komponenlemak akan cenderung mempunyai aroma“cooked flavour” atau karakter aroma yangterlalu matang.

Gambar 9. Hubungan antara berat bahan terhadap ketebalan bungkil.

Figure 9. Relationship between material weight with cake width.

y = 30.189x + 0.2692

R2 = 0.9763

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Ket

ebal

an b

ungk

il [c

ake

wid

th],

mm


Ket

ebal

an b

ungk

il (C

ake

wig

th),

mm


77

Sri-Mulato et al. (2005) melaporkanbahwa rendemen pengempaan sangat di-pengaruhi oleh kondisi pasta, seperti ukuranpartikel, tekanan kempa, kadar air, dan suhu.Lemak kakao akan relatif mudah diekstrakpada suhu 40—45OC, kadar air kurang dari4% dan ukuran partikel lebih kecil dari 75mm. Jika dibiarkan pada suhu kamar 30—34OC, lemak kakao akan mudah membeku.

KESIMPULAN

Hasil uji kinerja alat kempa hidrolik tipeterputus untuk ekstraksi lemak kakao me-nunjukkan bahwa ekstraksi biji kakaoterfermentasi memberikan kadar lemak dankapasitas kerja masing-masing 12% dan 22%lebih tinggi dibandingkan dengan hasil

ekstraksi biji kakao tidak terfermentasi.

Kondisi operasional optimal diperolehpada beban kempa 0,4 kg pasta kasar dansuhu bahan prapengempaan 45OC dengandiperoleh kapasitas kerja 2 kg pasta kasar/jam, dan kebutuhan daya sebesar 0,6 kWhdengan lemak yang dapat terekstrak sebanyak33,3% atau setara 0,14 kg. Untuk bebankempa 1 kg dibutuhkan daya 1,67 kWhdengan lemak yang dapat terekstrak sebanyak34,6% atau setara 0,35 kg.

Kapasitas alat untuk pengempaan pastakasar kakao pada suhu kamar berkisar pada1,2 – 2,3 kg/jam pada tekanan kempa pada1723–16892 K.Pa. Persentase lemak yangterekstrak dari pasta halus kakao lebih tinggidibandingkan dengan ekstraksi lemak daribahan uji berupa keping biji maupun pasta

Gambar 10. Hubungan antara suhu bahan terhadap kadar lemak yang dapat terekstrak.

Figure 10. Relationship between material temperature with cocoa butter extracted.

0

20

40

60

80

100%

Lemak (butter)Bungkil (cake)

30 Co 40 Co 45 Co

Suhu (temperature) Co

Lemak (Butter)

Bungkil (Cake)

78


kasar, masing-masing adalah 16,45%,33,22%, dan 37,25%.

Berdasarkan kondisi bahan uji, kapasitaskerja alat kempa tertinggi sebesar 2,3 kg/jam diperoleh untuk ekstraksi lemak kakaodari pasta kasar dengan kebutuhan daya 1,04kWh, sedangkan kapasitas kerja alat kempaterendah 0,96 kg/jam diperoleh untukekstraksi lemak dari keping biji dengankebutuhan daya 1,58 kWh. Pada perlakuanberat bahan yang dikempa, kapasitas kerjaterendah sebesar 1,2 kg/jam diperoleh padapengempaan pasta kakao kasar seberat 0,1kg, sedangkan kapasitas kerja tertinggisebesar 2,3 kg/jam diperoleh padapengempaan pasta kakao kasar seberat 0,5 kg.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapakan terima kasihkepada Sdr. Agung Setiawan, mahasiswaJurusan Teknik Pertanian, Fakultas TeknologiPertanian, Institut Pertanian Bogor atas segalabantuan yang telah diberikan sampai denganselesainya kegiatan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Dewan Standarisasi Nasional (2002). StandarNasional Indonesia : Biji Kakao. SNINo. 01-2323-2002. DepartemenPertanian, Jakarta.

Dimmick, P.S. & J.M. Hoskin (1981). Chemico-physical aspects of chocolate process-ing-a review. Canadian Institute ofFood Research and Technology Jour-nal, 4, 269—281.

Direktorat Jenderal Perkebunan (2003). StatistikPerkebunan Indonesia 2000—2003,

Kakao. Direktorat Jenderal Per-kebunan, Jakarta.

Djatmiko, B. & T. Wahyudi (1985). Aspekpengolahan dan mutu cokelat lindakdan mulia. Prosiding Seminar Cokelat1985. Balai Penelitian PerkebunanJember.

Kattenberg, H.R. & A. Kemmink (1993). The fla-vor of cocoa in relation to the originand processing of the cocoa beans.p.1—22. In : G. Charalambous (Ed.).Food Flavor, Ingredients and Com-position. New York: Elsevier Sci. Publ.

Kleinert, J. (1994). Cleaning, roasting, andwinowing. P. 56—69. In : S.T. Becket(Ed.). Industrial Chocolate Manufac-ture and Use. New York: VanNostrand Reinhold.

Minifie, W.B. (1982). Chocolate, Cocoa andConfectionery Science and Technol-ogy, 2nd Ed. The AVI Publshing Co.,Inc., Wesport, Connecticut.

Misnawi; Susijahadi; J. Selamat; T. Wahyudi,& N. Putriani (2006). Pengaruhkonsentrasi alkali dan suhu koncingterhadap cita rasa, kekerasan, dan warnapermen cokelat. Pelita Perkebunan,22, 119—135.

Setiawan, A. (2007). Penentuan KondisiPengempaan Lemak Kakao (cocoa but-ter) Secara Mekanik. Skripsi.Departemen Teknik Pertanian. FakultasTeknologi Pertanian, Institut PertanianBogor.

Sri-Mulato & S. Widyotomo (1999). Kinerja alatdan mesin produksi lemak dan bubukcokelat skala kelompok tani. MakalahSeminar Evaluasi Hasil PenelitianALSINTAN, Bogor.

Sri-Mulato; S. Widyotomo & Hesti Nur’aini(2004). Kinerja alat penghalus pasta


79

cokelat tipe silinder berputar. PelitaPerkebunan, 20, 37—53.

Sri-Mulato; S. Widyotomo; Misnawi & E.Suharyanto (2005). Pengolahan ProdukPrimer dan Sekunder Kakao. PusatPenelitian Kopi dan Kakao Indonesia.

Urbanski, J.J. (1989). Cocoa Roasting. TheManufacture Confectioner, 11, 58—62.

Widyotomo, S.; Sri-Mulato & E. Suharyanto(2005). Kinerja mesin pemecah biji danpemisah kulit kakao pasca sangrai tipepisau putar. Pelita Perkebunan, 21,184—199.

Widyotomo, S.; Sri-Mulato, & Yusianto (2001).Karakteristik biji kakao kering hasilpengolahan dengan metode fermentasidalam karung plastik. Pelita Per-kebunan, 17, 72—84.

Yusianto; H. Winarno & T. Wahyudi (1997).Mutu dan pola cita rasa biji beberapaklon kakao lindak. Pelita Perkebunan,13, 171—187.

**********

Kinerja Alat Kempa Hidrolik Sistem Terputus Untuk Proses ...iccri.net/download/Pelita...

Documents

Transcript of Kinerja Alat Kempa Hidrolik Sistem Terputus Untuk Proses ...iccri.net/download/Pelita...