Teknologi Membran untuk Produktifitas dan Efisiensi Industri Gula

Teknologi proses produksi gula yang digunakan di sebagian besar pabrik gula di Indonesia tidak banyak mengalami perubahan yang signifikan dari tahun ke tahun, sedangkan komponen biaya produksi semakin meningkat. Hal ini akan berpengaruh terhadap produktifitas dan efisensi proses produksi industri gula. 

Usaha-usaha untuk meningkatkan produktifitas dan efisiensi proses secara umum dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : menekan kuantitas kehilangan sukrosa dan menghilangkan kontaminasi non sukrosa semaksimal mungkin. 

Tahapan proses pemurnian nira merupakan tahapan untuk menghilangkan kontaminasi non sukrosa dari nira mentah. Sebagian besar pabrik gula di Indonesia menggunakan cara sulfitasi dimana impuriti dipisahkan dengan penambahan susu kapur dan asam fosfat pada temperatur tertentu yang dilanjutkan dengan penambahan gas belerang. Endapan yang terbentuk kemudian dipisahkan dengan filtrasi hampa. Selanjutnya nira jernih masuk ke tahap kristalisasi dengan terlebih dahulu dipekatkan dengan mengurangi kadar airnya. Pemurnian dengan metode ini masih dihadapkan pada tingginya impuritas dalam produk dan besarnya kehilangan sukrosa. 

Teknologi memban yang saat ini sedang dikembangkan di berbagai negara sangat memiliki peran yang penting dalam industri. Teknologi membran tidak hanya berhasil menggantikan teknik pemisahan konvensional pada berbagai indutri, namun juga telah berhasil untuk memecahkan persoalan pemisahan massa dimana teknik konvensional tidak berhasil atau sangat mahal biaya operasionalnya. Teknologi membran dipercaya dapat memisahkan padatan terlarut, partikel koloid, senyawa terlarut dengan berat molekul tinggi seperti polisakarida, warna, protein, jamur, dan bakteri. 

Pada proses produksi gula hampir semua tahapan proses merupakan proses pemisahan, karena itu teknologi membran mempunyai potensi yang sangat besar untuk meningkatkan produktifitas dan efisiensi dalam proses produksi gula. 

Selain untuk proses pemisahan, penggunaan teknologi membran memungkinkan langkah diversifikasi produk berbasis gula atau turunan gula yang memiliki nilai ekonomi tinggi seperti alkohol absolut, laktosukrosa, enzim dan turunan gula lain. 

Pemurnian Nira dengan Ultrafikasi 

Ultrafikasi (UF) merupakan proses pemisahan dengan teknologi membran berdasarkan beda tekanan yang telah diketahui memiliki rentang aplikasi yang sangat luas dibidang bioteknologi, biomedikal, pengolahan limbah cair, serta di berbagai industri makanan. Konsumsi energi teknologi ini sangat rendah dengan tingkat kemurnian produk yang tinggi dan ramah lingkungan. 

Para ahli telah melakukan penelitian tentang penggunaan membran untuk pemisahan nira dengan hasil sebagai berikut : (1) Pengotor-pengotor non gula dengan berat molekul rendah dan air dapat terpisahkan dari gula (Zanto, dkk). (2) Menghasilakan juice dengan kemurnian yang tinggi, intensitas warna yang rendah serta bebas pati dan partikel-partikel yang tidak mudah terlarut (Kishihara, dkk). (3) Mampu mereduksi 67% zat warna dan 47% partikel non gula, penurunan viskositas 20% (Day). (4) Campuran nira dan larutan kapur dingin hasil defekasi sangat efisien dipisahkan dengan ultrafikasi pada pH 7,2 (Madsen). 

Walaupun proses pemurnian nira untuk industri gula masih dalam tahap wacana dan uji coba, namun di berbagai literatur unjuk kerja membran untuk clarified juice skala industri menunjukkan peningkatan kemurnian hingga 95%, penyisihan dextran 98%, pati 70%, total polisakarida 80%, dan warna 14%, serta penurunan viskositas 25%. 

Dengan demikian sangat jelas bahwa teknologi membran dapat memisahkan padatan terlarut, partikel koloid, senyawa terlarut berberat molekul tinggi seperti polisakarida, warna dan protein, serta bakteri dan jamur. Pemisahan kotoran ditentukan oleh ukuran pori dari membran yang digunakan, mulai dari 0,45 µm hingga 0,2 µm (mikrofiltrasi). 

Reverse Osmosis (RO) untuk Pemekatan Nira 

Pemekatan nira ditujukan untuk meningkatkan konsentrasi nira dari 13-16 Bx menjadi 55-65 Bx agar gula dapat dikristalkan yang biasa dilakukan dengan menguapkan sebagian besar air yang ada pada nira pada tekanan hampa dan temperatur rendah. 

RO merupakan proses berbasis membran dengan gaya dorong tekanan, biasa digunakan untuk pemisahan zat terlarut dari pelarutnya dengan memberikan tekanan di atas tekanan osmotiknya. 

Dari kajian yang telah dilakukan, aplikasi teknologi RO untuk peningkatan konsentrasi 20 Bx dapat mengurangi beban evaporasi sekitas 50% sehingga konsumsi energi dapat ditekan. Selain itu beberapa keuntungan lain penggunaan RO adalah : 

1. Kebutuhan energi rendah karena tidak terjadi perubahan fase.

2. Temperatur operasi rendah sehingga dapat mengurangi kerusakan gula.

3. Perancangan sistem sederhana.

Industri sawit: membran digunakan untuk media pemanfaatan ampas buah sawit

Industri gula: membran digunakan untuk menyaring sari sari gula dari tebu

industri bir: membran digunakan untuk memisahkan bir dari ethanolnya, sehingga menghasilkan bir tanpa alkohol sebagai minuman sehat dan ethanol sebagai bahan bakar

Industri minuman: membran digunakan untuk memisahkan air kelapa menjadi isotonik dan nata de coco

Industri air minum: membran digunakan untuk menyaring air limbah menjadi air bersih yang dapat diminum

Industri migas: membran digunakan untuk media penyerap gas karbon dioksida dari gas alam, dan membran digunakan untuk media pemisah gas dan minyak dalam separator

Kelebihan membran keramik terletak pada stabilitas termalnya yang baik, tahan terhadap senyawa kimia, degradasi biologis ataupun mikroba. Sifat-sifat menunjukkan keunggulan bila dibandingkan dengan membran yang terbuat dari senyawa polimer, dan relatif mudah untuk dibersihkan dengan cleaning agent. Ketahanan terhadap zat kimia menyebabkan membran keramik banyak digunakan pada prosesing makanan, produk bioteknologi dan farmasi.

Kekurangan membran keramik terutama timbul dari proses preparasinya dimana sangat sulit mencapai kualitas produk akhir yang reproducible. Hal ini karena pada dasarnya sifat brittle dari membran keramik membuatnya lebih mahal daripada system membran polimer. Selain itu, harga system membran meningkat signifikan seiring dengan meningkatnya kebutuhan sifat-sifat produk, antara lain porositas, ukuran pori, reproducibility, dan reliability.

Size exclusion is the basic mechanism controlling the rejection of organic solutes by a RO/NF membrane. It is based on the simple notion that solutes larger than the pore size of the membrane cannot permeate through it. The assumptions for this mechanism would be the knowledge of data on spherical size of the

solute molecules and data on the diameter of cylindrical pores of various membranes. The size of a solutes molecule can be expressed by its molecular mass weight, by its diameter, by the effective molecular size, or by some other size and morphology parameters.

Eksklusi ukuran adalah mekanisme dasar mengendalikan penolakan zat terlarut organik oleh membran RO / NF. Hal ini didasarkan pada gagasan sederhana yang zat terlarut lebih besar dari ukuran pori membran tidak dapat menyerap melalui itu. Asumsi untuk mekanisme ini akan menjadi pengetahuan data pada ukuran bola dari molekul zat terlarut dan data pada diameter pori-pori silinder berbagai membran. Ukuran molekul zat terlarut dapat dinyatakan dengan berat massa molekul, dengan diameter, dengan ukuran molekul yang efektif, atau dengan beberapa ukuran dan morfologi parameter lainnya.

Desalinasi dengan proses Distilasi

Proses desalinasi air laut dengan cara distilasi merupakan cara lama yang membutuhkan banyak energi, karena terjadi perubahan fase yang banyak membutuhkan kalor. Cara distilasi digunakan bila kondisinya memadai karena biaya yang diperlukan relatif tinggi.

Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan bera tmolekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri. Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi)