MAKALAH SEMINAR USUL PENELITIAN

Judul : Penentuan Nilai Konduktivitas dan Difusivitas Panas Bahan Penyusun Gudeg Kaleng

Pemasraran : Ardy Nugroho NIM: A1H009026Pembimbing : 1. Rifah Ediati, S.TP., M.P.

2. Asep Nurhikmat, S.TP., M.P.Hari/ Tanggal : Pukul: WIB

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki beragam makanan khas yang

tersebar di berbagai wilayah nusantara. Makanan khas yang ada di Indonesia

merupakan bentuk pemanfaatan dari sumber daya alam yang melimpah di

Indonesia, baik nabati maupun hewani. Gudeg, soto, sate, rendang, tempe dan

bentuk makanan yang lain dapat mencirikan masing-masing daerah asal makanan

tersebut. Salah satu contohnya adalah gudeg.

Gudeg merupakan makanan tradisional yang berasal dari Yogyakarta.

Gudeg memiliki rasa manis dengan bahan baku utama dari nangka muda yang

direbus dengan bumbu dan dilengkapi dengan lauk lain, seperti daging ayam,

kacang tolo, telur dan krecek. Gudeg sangat digemari oleh para wisatawan yang

datang ke Yogyakarta dan menjadikan gudeg sebagai oleh-oleh. Akan tetapi,

1

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMANFAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

umur simpan gudeg sangatlah pendek, sehingga akan mempengaruhi mutu gudeg

tersebut.

Penerapan teknologi untuk mempertahankan mutu dan keamanan produk

pada pengembangan makanan tradisional perlu ditingkatkan agar terjaminnya

kualitas produk makanan tradisional tersebut. Salah satunya adalah teknologi

penyimpanan makanan. Aplikasi pengalengan yang dilakukan pada suhu tinggi

yaitu lebih dari 100 oC akan memperpanjang umur simpan gudeg karena suhu

yang tinggi dapat menginaktivasi sejumlah mikroba penyebab kerusakan

(Winarno, 1993).

Pengalengan merupakan salah satu dari teknologi penyimpanan yang paling

diminati karena selain sudah dikenal lama juga daya simpan menggunakan

kemasan kaleng lebih lama dibanding bahan pengemas yang lain. Banyak industri

pangan yang telah menggunakan kaleng sebagai pengemas, baik dalam skala

besar maupun kecil menengah. Menurut Sukmadji (1988) dalam Carita (2012),

pengalengan dapat didefinisikan sebagai suatu metode pengawetan bahan pangan

dalam suatu wadah tertutup dan kedap terhadap udara, yang dipanaskan

sedemikian rupa, sehingga bahan pangan tersebut tahan lama dan tidak mengalami

kerusakan secara fisik, kimia, maupun biologis.

Proses yang cukup penting pada pengalengan adalah pada saat makanan

kaleng diberi panas atau sterilisasi. Sterilisasi berarti membebaskan bahan dari

semua mikroba. Sterilisasi biasanya dilakukan pada suhu yang tinggi misalnya

121 oC selama 15 menit. Waktu yang diperlukan untuk sterilisasi tergantung dari

besarnya kaleng yang digunakan dan kecepatan perambatan panas dari makanan

2

tersebut. Pemberian panas yang terlalu tinggi pada proses pengalengan akan

menyebabkan produk lewat masak sehingga mengakibatkan penurunan nilai gizi

atau penurunan sifat organoleptik seperti warna dan cita rasa. Sebaliknya, jika

panas yang diberikan tidak mencukupi akan menimbulkan resiko terjadinya

kerusakan produk oleh mikroba yang pada akhirnya akan mengakibatkan produk

menjadi busuk dan mengandung racun.

Parameter penting dalam pemberian panas antara lain panas jenis, panas

laten, emisivitas panas, konduktivitas panas dan nilai difusivitas panas. Parameter-

parameter tersebut sangat berpengaruh pada pindah panas suatu produk pangan.

Oleh karena itu, sebelum suatu bahan pangan diberikan perlakuan, baik berupa

pendinginan, pengeringan maupun pemanasan, maka perlu diukur sifat fisik dan

sifat termal dari bahan tersebut.

Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif

bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas (Anonim,

2013). Difusivitas panas didefinisikan sebagai kemampuan material untuk

menangkap energi panas relatif dan kemampuan menyimpan energi panas

tersebut. Nilai tersebut membantu memperkirakan waktu proses dari pengalengan,

pengeringan, pendinginan, pembekuan, pemasakan atau pemanasan. Nilai

difusivitas menentukan seberapa cepat penyebaran panas melewati material. Nilai

tersebut ditentukan oleh kadar air, suhu, susunan sifat dari material (Anonym,

2002).

Penelitian tentang pengukuran konduktivitas panas dan nilai difusivitas

panas bahan pangan telah banyak dilakukan. Riyono (2009), Aswan (2009) dan

3

Kameswara (2009) mengkaji pengukuran konduktivitas panas produk pertanian

(buah-buahan, sayuran dan biji-bijian) dengan menggunakan persamaan empiris

berdasarkan analisis proksimat. Manalu dan Abdullah (1998) mengkaji difusivitas

panas wortel (Daucus carota L) dengan menggunakan dua metode, yaitu metode

tak langsung dan langsung. Metode tak langsung mengukur nilai difusivitas panas

dengan mencari nilai konduktivitas panas (k), massa jenis (p), dan panas jenis

(Cp) wortel terlebih dahulu, sedangkan secara langsung yaitu dengan metode

numerik. Hasil yang diperoleh yaitu 2,51 x 10-7 m2/s (metode tak langsung) dan

2,08 x 10-7 m2/s (metode langsung).

Pengukuran nilai difusivitas panas dari masing-masing bahan penyusun

gudeg kaleng perlu dilakukan guna mengetahui karakteristik sifat-sifat panas dari

masing-masing bahan tersebut. Dengan diketahuinya nilai difusivitas maka laju

perubahan suhu bahan dapat diduga sehingga dapat menentukan waktu optimum

yang dibutuhkan dalam proses pengolahan. Waktu optimum tersebut selain untuk

menjaga kualitas bahan dari kerusakan, juga dapat menghemat energi yang

diperlukan dalam proses pemberian panas.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah:

1. Berapa besar nilai konduktivitas panas pada masing-masing bahan penyusun

gudeg kaleng.

2. Berapa besar nilai difusivitas dari masing-masing bahan penyusun gudeg

kaleng pada proses sterilisasi.

4

C. Tujuan penelitian

Tujuan dalam penelitian ini adalah:

1. Mengetahui nilai konduktivitas panas pada masing-masing bahan penyusun

gudeg kaleng dengan mnggunakan metode pengukuran berdasarkan suhu

dan metode perkiraan berdasarkan analisis proksimat.

2. Mengetahui nilai difusivitas dari bahan penyusun gudeg kaleng pada proses

sterilisasi metode pengukuran berdasarkan suhu dan metode perkiraan

berdasarkan analisis proksimat.

D. Manfaat penelitian

Memberikan informasi tentang pengukuran konduktivitas dan difusivitas

panas bahan pangan kepada produsen pengalengan secara khususnya dan

masyarakat secara umumnya. Data yang diperoleh dapat digunakan untuk

memprediksi bagaimana perlakuan yang diperlukan untuk sterilisasi dalam proses

pengalengan makanan tradisional (gudeg).

5

II. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan tempat

Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei - Juni 2013 di Laboratorium Proses

Pengalengan dan Laboratorium Pangan UPT Balai Penelitian dan Pengembangan

Teknologi Kimia, LIPI, Yogyakarta.

B. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Exhaust box yang digunakan untuk mengeluarkan udara yang masih ada

pada bahan.

b. Seamer, digunakan untuk penutupan kaleng sebelum disterilisasi.

c. Retort/Autoclave vertical, digunakan untuk mensterilisasi gudeg kaleng.

d. Timbangan digital, digunakan untuk menimbang massa bahan yang akan

dimasukkan ke dalam kaleng.

e. Alat pengukur konduktivitas bahan pangan, digunakan untuk mengukur

konduktivitas bahan pangan.

f. Termokopel, digunakan sebagai instrumen pengukur suhu selama proses

sterilisasi.

g. Heat Penetration test tipe Ellam 9004, digunakan sebagai recorder dalam

pengukuran suhu.

h. Kaleng ukuran 300x205, digunakan sebagai wadah bahan pangan.

6

i. Labu Kjedahl, destilator, erlenmeyer, tabung ekstraksi soxhlet, botol

timbang, penangas air, oven, cawan, deksikator dan tanur, yang digunakan

dalam analisis proksimat.

2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan-bahan yang

terdapat pada gudeg kaleng, antara lain gudeg/nangka muda, kacang tolo, krecek,

telur bebek, dan daging ayam.

C. Variasi Perlakuan

1. Variabel ukur

a. Konduktivitas panas (k)

Konduktivitas panas bahan berdasarkan suhu dapat ditentukan dengan

persamaan:

Dimana :

k : konduktivitas panas (kJ/kg.m.°C)

q : tingkat transfer panas (kJ/kg)

L : jarak antara T1 dan T2 (m)

A : luas area (m2)

T1- T2 : perbedaan suhu atara titik 1 dan 2 (°C)

Nilai q merupakan laju transfer panas dari uap air jenuh pada suhu 121 oC

yaitu sebesar 2707.74 kJ/kg. Nilai L merupakan jarak antara termokopel di

7

(1)

titik 1 dan 2. Nilai (T1 - T2) merupakan selisih suhu antara titik 1 dan 2

pada termokopel yang berada di dalam alat pengukur konduktivitas panas

bahan pangan. Nilai A merupakan luas area yang terkena panas. Luas area

tersebut merupakan luas bidang lingkaran, yang dapat diperoleh dengan

persamaan berikut.

Dimana :A = luas lingkaran (m2)

r = jari-jari lingkaran (m)

b. Massa jenis (ρ)

Pengukuran massa jenis dapat menggunakan persamaan berikut.

Dimana :

ρ = massa jenis (kg/m3)

m = massa bahan (kg)

V = volume bahan (m3)

c. Difusivitas panas

Difusivitas panas bahan dapat ditentukan dengan persamaan:

Nilai k merupakan konduktivitas panas bahan yang didapatkan dari rumus

(persamaan 1) maupun dari persamaan empiris (persamaan 5). Nilai ρ

merupakan massa jenis dari bahan yang dapat diperoleh dengan

8

(2)

(3)

(4)

menggunakan persamaan (3). Nilai Cp merupakan kalor jenis dari bahan

yang dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (6).

2. Variabel hitung

a. Konduktivitas panas (k)

Sweat (1986) dalam Singh dan Heldman (1993) telah mengembangkan

persamaan empiris untuk menghitung konduktivitas panas bahan pangan

menurut komposisi bahan selain air. Persamaan tersebut adalah sebagai

berikut :

k = 0,25 mc + 0,155 mp + 0,16 mf + 0,1355 ma + 0,58 mm

dengan mc, mp, mf, ma, dan mm masing-masing berturut-turut adalah fraksi

karbohidrat, fraksi protein, fraksi lemak, fraksi abu, dan fraksi air.

b. Panas jenis (Cp)

Menurut Hariyadi dan Kusnandar (2009), panas jenis (Cp) bahan pangan

yang mengandung komponen selain air (seperti protein, lemak,

karbohidrat dan mineral) akan dipengaruhi oleh komponen penyusunnya.

Persamaan empiris dari pernyataan tersebut adalah sebagai berikut (Singh

dan Heldman, 1981).

Cp = 1,424 mc + 1,549 mp + 1,675 mf + 0,837 ma + 4,187 mm

dengan mc, mp, mf, ma, dan mm masing-masing berturut-turut adalah fraksi

karbohidrat, fraksi protein, fraksi lemak, fraksi abu, dan fraksi air.

9

(5)

(6)

D. Garis Besar Penelitian

Penelitian akan dilaksanakan dalam beberapa tahap sebagai berikut:

1. Tahap persiapan

a. Menyiapkan alat yang digunakan dalam penelitian.

b. Menyiapkan bahan yang digunakan sebagai sampel, yaitu bahan penyusun

gudeg kaleng (gudeg, krecek, kacang tolo, telur, dan daging ayam).

2. Tahap penelitian

1. Melakukan analisis proksimat untuk mengetahui fraksi kadar air, fraksi

kadar abu, fraksi kadar protein, fraksi lemak, fraksi karbohidrat dari bahan

penyusun gudeg kaleng, yang digunakan dalam persamaan empiris.

(Sudarmadji et al., 1997).

2. Melakukan pengukuran suhu menggunakan alat pengukur konduktivitas

bahan pangan yang menghasilkan data suhu pada masing-masing bahan.

Data tersebutt digunakan untuk menentukan nilai konduktivitas panas

menggunakan rumus. Alat pengukur konduktivitas bahan pangan

dihubungkan dengan termokopel. Termokopel kemudian dihubungkan

dengan heat penetration test dengan menggunakan kabel. Pengukuran

suhu sterilisasi dilakukan setiap 1 menit hingga suhu pada sebuah kaleng

yang digunakan sebagai acuan mencapai ≥ 120°C. Retort kemudian

dimatikan dan melakukan pendinginan dengan memasukkan kaleng ke

dalam air. Pengukuran suhu dilakukan setiap 1 menit hingga keseluruhan

titik menunjukkan suhu ≤ 60°C. Skema pemasangan alat ukur

konduktivitas bahan ditunjukkan pada Gambar 1.

10

Gambar 1. Skema pemasangan alat ukur konduktivitas panas bahan pangan pada retort.

3. Menentukan nilai konduktivitas (k), panas jenis (Cp) dan massa jenis (ρ)

dengan menggunakan rumus dan persamaan empiris menurut analisis

proksimat.

4. Menentukan nilai difusivitas panas (α) dari masing-masing bahan

penyusun gudeg kaleng.

E. Analisis Data

Analisis data yang dilakukan antara lain

1. Menentukan nilai k berdasarkan fungsi suhu (menggunakan alat pengukur

konduktivitas panas bahan pangan) dengan persamaan (1) yang ditampilkan

dalam grafik.

2. Menentukan nilai k berdasarkan perkiraan dengan rumus empiris

(menggunakan analisis proksimat) dengan persamaan (5).

3. Membandingkan nilai k berdasarkan pengukuran dan prediksi.

11

4. Perhitungan nilai massa jenis (ρ) pada sampel bahan menggunakan persamaan

(3).

5. Perhitungan nilai panas jenis (Cp) pada sampel bahan dengan menggunakan

persamaan (6)

6. Perhitungan nilai difusivitas panas (α) pada setiap bahan penyusun gudeg

kaleng dengan persamaan (4).

7. Membandingkan nilai difusivitas panas (α) berdasarkan nilai k dengan

pengukuran dan nilai k dengan prediksi.

F. Jadwal Pelaksanaan Penelitian

Tabel 1. Jadwal Pelaksanaan Penelitian

Jenis KegiatanWaktu (minggu)

I II III IV VPersiapanPelaksanaanAnalisis dataPenyusunan Laporan

12

DAFTAR PUSTAKA

Afrianto, E dan Liviawaty E. 1989. Pengawetan dan Pengolahan Ikan. Kanisius, Yogyakarta.

Anonim. 2002. Thermolink Model TL-1. DECAGON. Environmental Research Instrumentation. (On-line). http://www.csafrica.co.za/Decagon/Plant&Soil/TL1Foods.htm diakses pada 29 Maret 2013.

Anonim. 2012. Gudeg. (On-line). http://id.wikipedia.org/wiki/Gudeg diakses pada tanggal 06 Juni 2012.

Anonim. 2013. Konduktivitas termal. (On-line). http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktivitas_termal diakses pada tanggal 27 April 2013.

Carita, S. D. 2012. Kebutuhan Energi pada Proses Pengalengan Gudeg di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta. Laporan Praktik Kerja Lapangan. Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. (Tidak dipublikasikan).

Cengel, Y. A. dan Turner, R. H. 2001. Thermal-Fluid Sciences. McGraw-Hill, United States.

Da-Wen Sun (editor). 2006. Thermal Food Processing: New Technologies and Quality Issues. CRC Press / Taylor & Francis, Boca Raton, Florida, USA, 640 pp., ISBN 978-1-57444-628-9

Departemen Kesehatan RI. 1981. Daftar Komposisi Bahan Makanan. PT. Bharata, Jakarta.

Hassan, B.H. and A.I. Hobani (2001). Thermal Diffusivity of Date Paste.

International Agricultural Engineering Journal, 10(1&2):81-90.

Holman, J. P. 2002. Heat Transfer, 9th Ed. (On-line). http://www.electronics-cooling.com/2007/08/thermal-diffusivity/ diakses pada 10 Juni 2010

Isnandari, R. 2011. Penentuan Difusivitas Panas (α) pada Bermacam Buah dan Sayur. Skripsi. Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. (Tidak dipublikasikan.

Jassin, E. 2013. Kajian Eksperimental Nilai Konduktivitas Thermal Dan Panas Spesifik Beberapa Jenis Ikan. (On-line).

13

http://pasca.unhas.ac.id/jurnal/files/76017798e2b283d63122d90bc757fd58.pdf diakses pada tanggal 5 April 2013.

Mahardika. 2010. Gudeg Jogja (On-line). http://mahardikalorina.student. umm.ac.id/ 2010/07/08/gudeg-jogja/ diakses pada tanggal 6 Juni 2012.

Manalu, L.P., dan Abdullah, K. 1998. Penentuan Difusivitas Panas Dan Konduktivitas Wortel (Daucus carola L). (On-line). http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/13404/LamhotPManalu_PenentuanDifusivitasPanas.pdf?sequence=1 diakses pada 5 April 2013.

Mohsenin, N. N. 1980. Thermal Properties of Food and Agricultural Product. Gordon and Breach Science, North Carolina, USA.

Muchtadi TR. 1981. Pengaruh Penyimpanan Beku terhadap Mutu Daging Buah Nangka. Tesis. Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor, Bogor.

Nuswamahaeni, S., Prihatini, D., dan Pohan, E. P. 1990. Mengenal Buah Unggul Indonesia. Penebar Swadaya, Jakarta.

Prasetyo, O. 2009. Penentuan Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Buah Tropik dengan Pengukuran dan Prediksi Berdasarkan Analisis Proksimat. Skripsi. Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. (Tidak Dipublikasikan)

Rahmah, M. 2001. Proses Pengalengan Jamur Champignon (Agarius bisporus) di PT Dieng Djaya Kabupaten Wonosobo. Laporan Tugas Akhir. Fakultas Pertanian, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. (Tidak dipublikasikan)

Shi, J., dan Moy, J. H. 2005. Functional Foods from Fruit and Fruit Products. In: Shi J, Ho C, Shahidi F (ed). Asian Functional Foods. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York, Singapore.

Singh, R. P., dan Heldman, D. R. 1981. Food Proses Engineering 2nd ed. The AVI Publ. Comp., Inc. Westport, CT, USA.

__________________________. 2001. Introduction to Food Enngineering Third Edition. Academic Press, London.

Supartono W. 2009. Gudeg: Sarapan Pagi Khas Yogyakarta. Food Review 4 (3): 60-61.

Winarno, F. G. 1993. Pangan: Teknologi dan Konsumen. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

14