PENGARUH DESAIN IMPELLER, BAFFL ve, DAN KECEPATAN PUTAR PADA PROSES ISOLASI MINYAK KELAPA MURNI DENGAN METODE PENGADUKAN

Transkripsi

1 PENGARUH DESAIN IMPELLER, BAFFL ve, DAN KECEPATAN PUTAR PADA PROSES ISOLASI MINYAK KELAPA MURNI DENGAN METODE PENGADUKAN Didik Purwanto Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya (ITATS) Jl. Arief Rahman Hakim 100 Surabaya, Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mencari pengaruh desain impeller, baffle, dan kecepatan putar terhadap kuantitas VCO yang dihasilkan. Penelitian dilakukan secara eksperimen dengan cara mengaduk santan kental pada kecepatan putar dan waktu yang bervariasi. Desain baffle divariasi. Impeller yang digunakan ada tiga macam, yaitu impeller turbin tegak, impeller turbin miring, dan impeller baling. Minyak kelapa Murni (VCO) yang muncul setelah proses pengadukan dipisahkan dan ukur volumenya. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan disimpulkan bahwa dimensi perbandingan lebar baffel dengan diameter tangki (J/Dt) mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap keberhasilan pemisahan minyak kelapa. Semakin besar J/Dt, potensi keberhasilan semakin besar dan jumlah VCO yang diperoleh semakin banyak. Dari tiga jenis impeller yang digunakan, impeler turbin tegak, turbin miring, dan baling, ternyata impeller turbin miring yang memberikan hasil VCO terbesar. Semakin besar kecepatan pengadukan yang dilakukan terhadap santan, tingkat keberhasilan semakin besar. VCO yang diperoleh juga semakin banyak. Semakin lama pengadukan yang dilakukan terhadap santan, tingkat keberhasilan semakin besar. VCO yang diperoleh juga semakin banyak Kata Kunci: Minyak kelapa murni; VCO; Pengadukan, Impeller Pendahuluan Tanaman kelapa (Cocos Nucifera) merupakan tanaman daerah tropis dan banyak tumbuh di kawasan pesisir. Negara Indonesia dikenal sebagai sentra tanaman kelapa dunia, yang memiliki areal perkebunan kelapa sekitar 3,74 juta hektar, hampir 96 % merupakan perkebunan kelapa rakyat. Daging kelapa dapat diolah menjadi santan, kelapa parut kering dan minyak goreng. Sebagian besar, daging kelapa diolah menjadi minyak goreng. Beberapa tahun terakhir, sejak tahun 2000-an, muncul teknologi pembuatan minyak kelapa murni atau Virgin Coconut Oil (VCO) dari daging buah kelapa. VCO ini memiliki kualitas yang lebih tinggi dari minyak goreng biasa sehingga nilai jualnya pun 2-4 kali lipat dari minyak goreng. Pembuatan minyak kelapa murni yang banyak dilakukan di Indonesia dibedakan menjadi beberapa cara, yaitu pemanasan, fermentasi dan pancingan. Kelemahan dari tiga cara tersebut adalah waktu yang dibutuhkan relatif lama dan jumlah produk yang dihasilkan sedikit (Arimujiastuti, 2005). Perkembangan terakhir (tahun 2005), ada sebuah literatur yang menyebutkan VCO juga bisa dihasilkan melalui proses pengadukan atau sentrifugal, hal ini dikemukakan oleh Dosen jurusan Teknologi Pertanian fakultas pertanian UNSRI, Dr Ir Filli Pratama, MSC dimana pada teknik sentrifugal, pemisahan minyak kelapa dari air tidak melalui pemanasan atau bantuan fermentor tapi melalui teknik pemisahan secara mekanik dengan gaya putaran sentrifugal dari alat pengaduk. Dalam aplikasinya, pemisahan secara mekanik ini bisa dikembangkan dengan peralatan tangki pengaduk biasa atau alat sentrifugal. Namun secara teknis desain dan operasional, peralatan pengadukan lebih sederhana daripada sentrifugal sehingga pada penelitian ini kami mencoba mengembangkan proses pembuatan VCO melalui metode pengadukan (Didik, 2006). Banyaknya VCO yang dihasilkan dari proses pengadukan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain yaitu jenis kelapa, kecepatan pengadukan, jumlah baffle dan jenis impeler. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh asal kelapa, jenis baffle, jenis impeller dan pengaruh kecepatan putar terhadap kuantitas VCO yang diperoleh melalui proses pengadukan. Minyak adalah trigliserida yang terdiri dari gugusan gliserol dan gugusan asam lemak. Dengan demikian, sifat kimia minyak banyak ditentukan oleh sifat ester gliseril dari asam lemak tersebut. Tabel 1 memperlihatkan kadar asam lemak yang terkandung dalam minyak. 49

2 Tabel 1. Kadar Asam Lemak yang terkandung dalam Minyak Kelapa Asam Lemak Jumlah Kandungannya atom C (%) Kaproat C6 0,5 Kaprilat C8 8,0 Kaprat C10 6,4 Laurat C12 48,5 Miristat C14 17,6 Palmitat C16 8,4 Stereat C18 2,5 Oleat C18:1 6,1 Linoleat C18:2 1,5 Linolenat C18:3 - Arahidrat C20 - Minyak kelapa (jawa : klentik) sering digunakan untuk menggoreng atau dikonsumsi bagi ibu hamil menjelang persalinan agar persalinannya lancar. Minyak kelapa juga digunakan untuk memijat, mengerik dan melembutkan rambut. Selain itu, minyak kelapa juga sering digunakan sebagai campuran minyak telon (obat gosok) dan minyak cem-ceman (minyak rambut). Yang paling menakjubkan, minyak kelapa dapat menyembuhkan berbagai penyakit. Walaupun peran minyak kelapa sangat besar dalam kehidupan manusia, tidak semua orang menyukai kehadirannya. Hal ini dikarenakan isu negatif yang telah banyak beredar bahwa minyak kelapa dapat menyebabkan kolesterol, jantung, kegemukan dan jerawat. Kandungan asam lemak jenuh yang terdapat pada minyak kelapa divonis sebagai penyebabnya. Perlu diketahui bahwa lemak jenuh yang terdapat pada minyak kelapa adalah lemak jenuh dengan rantai sedang dan pendek. Lemak jenuh rantai sedang dan pendek sangat mudah dicerna dan diserap tubuh. Justru pada minyak sayur mengandung lemak jenuh dengan rantai panjang sehingga sulit dipecah. Dengan demikian, menimbulkan penumpukan yang menyebabkan penyumbatan. Contohnya pada minyak kedelai, minyak kacang, dan minyak jagung. Minyak kelapa murni atau Virgin Coconut Oil (VCO) adalah suatu produk minyak yang dihasilkan dari suatu proses tanpa pemanasan dari kelapa tua yang segar dimana munyak kelapa murni mempunyai kandungan asam laurat yang tinggi ( + 51 %). Di dalam tubuh, asam laurat tersebut diubah menjadi monolaurin yang dapat mengatasi serangan virus, bakteri maupun protozoa. Virgin Coconut Oil merupakan minyak yang paling sehat dan aman bila dibandingkan dengan minyak goreng golongan minyak sayur, seperti minyak jagung, minyak kedelai, minyak biji bunga matahari dan minyak kanola. Virgin Coconut Oil mampu mendukung sistem kekebalan dengan membebaskan tubuh dari mikroorganisme berbahaya. Pada dasarnya, santan adalah emulsi antara minyak, protein, dan air. Emulsi dapat diartikan sebagai campuran dari dua cairan atau lebih yang saling tidak melarutkan, di mana cairan yang satu terdispersi dalam bentuk globula-globula atau butir-butir kecil dalam cairan lainnya. Kestabilan emulsi cair dapat rusak akibat pemanasan, pendinginan, proses sentrifugasi. Pemanasan dilakukan untuk memecah atau merusak emulsi guna mendapatkan VCO. Metode ini akan menghasilkan minyak, namun berbau menyengat (gosong) dan warnanya kurang bening (kekuningan). Untuk memperoleh kualitas VCO yang baik penggunaan panas diminimalkan atau sama sekali dihilangkan. Oleh karena itu berkembang metode fermentasi dan pemakaian minyak pancingan. Namun prosesnya sulit dikontrol dan yield minyaknya masih rendah. Salah satu alternatif metode pemisahan minyak dari santannya adalah proses pengadukan. Gerakan terinduksi dengan pola sirkulasi tertentu akan memberikan efek sentrifugal sehingga minyak, air dan protein akan terpisah setelah didiamkan beberapa saat. Pola sirkulasi ini diciptakan perputaran impeler didalam cairan yang teraduk. Ada dua macam impeler pengaduk : Impeler jenis pertama disebut impeler aliran aksial (axial flow impeller), impeler jenis ini akan membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeler sedang yang kedua disebut impeller aliran radial (radial flow impeller) impeller aliran radial akan membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial. Dari segi bentuknya ada tiga jenis impeler : Propeler (baling-baling), Dayung (Paddle), dan Turbin. 1. Propeler / baling 50

3 Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeler kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1150 atau 1750 putaran/menit, sedang propeler besar berputar pada putaran/menit. Arus yang meninggalkan propeler mengalir melalui zat cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Jenis yang paling banyak dipakai adalah propeler kapal berdaun tiga, sedang propeler berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain digunakan untuk tujuan-tujuan khusus. Selain itu, kadang dua atau lebih propeler dipasang pada satu poros, biasanya dengan arah putaran yang sama. Namun bisa juga dipasang dengan arah yang berlawanan, atau secara tolak/tarik sehingga menciptakan zone fluida yang sangat turbulen di antara kedua propeler tersebut. 2. Dayung Untuk tugas-tugas sederhana, impeler yang terdiri dari beberapa dayung datar yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau vertikal. Dayung ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeler kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak keluar kearah dinding lalu membelok ke atas atau ke bawah. Pada tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros. Dalam beberapa rancangan, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, sehingga diharapkan dapat mengikis atau menyapu seluruh permukaan Pada kecepatan yang rendah, dayung memberikan efek pengadukan sedang(medium) pada bejana tanpa sekat, namun untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak zat cair akan berputar-putar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran. 3. Turbin Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang di pasang di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa bersudut atau vertikal Diameter impelernya biasa lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara 30-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk menjangkau viskositas yang cukup luas. Di dekat impeler akan terdapat zone arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vortex ( cekungan ) dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat atau diffuser agar impeler itu menjadi sangat efektif. Gambar 1. Jenis impeler (a) baling (b) turbin (c) disk turbin Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, karakteristik fluida, ukuran dimensi (proporsi) tangki, sekat dan kecepatan putar. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen arah dan pola alir keseluruhan didalam tangki itu bergantung pada variasi dari ketiga komponen arah kecepatan tersebut dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen kecepatan yang pertama adalah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeler. Komponen kedua ialah komponen longitudinal yang bekerja pada arah pararel dengan poros. Komponen ketiga adalah komponen tangensial atau rotasional yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, dimana poros impeller terpasang vertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horizontal dan komponen longitudinalnya vertikal. 51

4 Kelapa yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari daerah pacitan. Kelapa tersebut diparut dagingnya kemudian diperas dengan perbandingan air dan parutan kelapa 1:1. Santan yang diperoleh didiamkan sampai terbentuk lapisan kanil (santan kental) 1/3 bagian. Santan kental tersebut dimasukkan ke tangki pengaduk dan diaduk sesuai kondisi dan variabel yang ada. Setelah pengadukan, santan didiamkan selama 12 jam sehingga terbentuk lapisan minyak yang bisa disedot dengan selang untuk memisahkannya. Minyak yang terpisah diukur volumenya dan dianalisa kandungan di dalamnya. Variabel yang diteliti dalam percobaan adalah kecepatan pengadukan : 4000, 4500, 5000, 5700 rpm; waktu pengadukan : 30, 60, 90 menit; jenis Impeler : baling tiga daun, turbin tegak enam daun dan turbin miring enam daun; perbandingan lebar baffel dengan diameter tangki : 1/4, 1/6, 1/12. Kelapa tua Diparut Air Diperas Ampas Didiamkan sampai airnya terpisah sampai setengah bagian Air Krim tanpa minyak/ + minyak pancingan Diaduk selama 45 menit dengan kondisi sesuai variabel Didiamkan selama 24 jam Dipisahkan NaCl Minyak Blondo Air Disaring NaCl VCO Uji analisa Gambar 2. Skema percobaan Pembahasan Kelapa yang dipakai dalam penelitian ini didatangkan dari Pacitan dikarenakan kelapa pacitan dagingnya lebih tebal dan keras serta banyak digunakan oleh industri penghasil VCO di Surabaya. Dari segi umur kelapa, peneliti tidak bisa memastikan bahwa kelapa yang digunakan 52

5 adalah kelapa yang tua di pohon dan umurnya seragam. Peneliti hanya mendapatkan informasi dari penjual kelapa bahwa kelapa yang dipakai dalam penelitaian ini kelapa yang sudah cukup tua untuk diambil minyaknya. Selain itu, peneliti juga sulit untuk menyeragamkan hasil santan yang diperoleh dari parutan kelapa karena proses pemerasan masih dilakukan secara manual. Sehingga dari 20 kg parutan kelapa yang ditambah 20 lt air diperoleh santan sekitar 30 ml. Untuk menyeragamkan kualitas dan kuantitas santan, maka basis percobaan didasarkan pada jumlah kanil yang diperoleh dari pendiaman santan, yaitu 10 lt kanil untuk setiap percobaan volume VCO (ml) baling turbin tegak turbin miring kecepatan putar (rpm) Gambar 3. Grafik hubungan kecepatan putar dengan volume VCO pada jenis impeller (pengadukan 90 menit) 53

6 1000 VCO yang diperoleh (ml) rpm 4500 rpm 5000 rpm Perbandingan lebar baffle, J/Dt Gambar 4. Grafik hubungan perbandingan lebar baflle dengan volume VCO pada berbagai kecepatan putar (pengadukan 60 menit) VCO yang diperoleh (ml) rpm 4000 rpm 4500 rpm 5000 rpm Perbandingan lebar Baffle, J/Dt Gambar 5. Grafik hubungan perbandingan lebar baflle dengan volume VCO pada berbagai kecepatan putar (pengadukan 90 menit) 1. Pengaruh Perbandingan Lebar Baffel dengan diameter tangki Baffel atau penyekat yang ada pada tangki pengaduk berfungsi sebagai pemecah vortek atau pusaran air oleh pengadukan. Baffel yang digunakan pada penelitian berjumlah empat yang dipasang di dinding secara tegak lurus. Dengan adanya Baffel ini putaran air yang disebabkan oleh pergerakan 54

7 impeler akan menabrak sisi baffel dan pecah sehingga menimbulkan pergolakan atau turbulensi. Dari hasil pengamatan secara visual, pergolakan semakin besar saat ukuran baffel diperbesar. Semakin besar pergolakan tersebut, busa atau gelembung udara yang muncul dipermukaan juga semakin banyak. Benturan arus pengadukan dengan baffel ini juga menyebabkan cairan sampai tumpah dari wadah. Dengan kondisi pengadukan tersebut, maka selama pengadukan berlangsung banyak gelembung udara yang bercampur dengan santan sehingga saat proses pengadukan dihentikan, terdapat gelembung-gelembung udara yang terjebak di dalam cairan santan. Ketika santan hasil pengadukan didiamkan, lama-kelamaan viskositasnya akan naik dan mulai memadat. Saat terjadi pemadatan santan, emulsi santan mulai pecah. Minyak, air, dan protein akan terpisah. Minyak yang terpisah mula-mula akan menempati gelembung udara yang terjebak didalam santan. Proses pemisahan tersebut terjadi secara difusi yang disebabkan karena perbedaan konsentarasi di dalam santan dan gelembung udara. Karena begitu banyaknya gelembung udara yang berisi minyak, maka lapisan padatan protein yang disebut blondo akhirnya terpecah dan muncullah 4 lapisan, yaitu lapisan blondo atas, lapisan minyak, lapisan blondo bawah, dan lapisan air. Pada proses pemecahan emulsi melalui pengadukan, pengadukan yang berlebih menyebabkan molekul minyak terpecah menjadi semakin kecil dan permukaan minyak akan semakin besar, sehingga protein yang ada tidak cukup untuk menyelubungi semua molekul minyak. Molekul minyak yang tidak terselubungi protein akan keluar dari emulsi dan terpisah. Namun jika proses pengadukannya tidak maksimal, minyak hanya keluar di antara permukaan blondo dan tidak terkumpul dalam satu lapisan tersendiri. Dengan kata lain, minyak masih tercampur dengan blondo dan sulit sekali dipisahkan secara fisik. 2. Pengaruh Kecepatan Pengadukan Dari hasil percobaan terlihat bahwa semakin tinggi kecepatan putar impeler, minyak yang dapat dipisahkan juga semakin banyak. Pada proses pengadukan, kecepatan pengadukan pada umumnya akan mempercepat homogenitas campuran. Ketika pengadukan diaplikasikan untuk memecahkan emulsi antara minyak dengan protein pada cairan santan, semakin cepat perputaran impeler, maka molekul-molekul minyak akan semakin cepat dan banyak terpecah menjadi ukuran yang lebih kecil sehingga lebih mudah terpisah seperti telah dijelaskan pada uraian sebelumnya. 3. Pengaruh Waktu Pengadukan Pada proses pengadukan, lamanya pengadukan tentu berbanding lurus dengan efek pengadukan yang diharapkan. Namun untuk skala industri yang komersial, semakin lama proses pengadukan dilakukan akan menyebabkan biaya operasional semakin tinggi karena energi pengadukan akan semakin banyak dibutuhkan. Oleh karena itu harus diperoleh lama pengadukan optimal dimana tingkat keberhasilannya tinggi namun dari sisi biaya operasional tidak besar. Dari hasil percobaan terlihat bahwa pada waktu pengadukan 90 menit memberikan hasil yang lebih banyak dari pada pada waktu pengadukan 30 menit dan 60 menit. Tingkat keberhasilannya juga lebih tinggi dari pada pengadukan selama 30 dan 60 menit. Melihat kecenderungan yang ada, masih ada kemungkinan waktu pengadukan ini diperbesar lagi untuk memperoleh hasil yang lebih baik. 4. Pengaruh jenis impeller Berdasarkan tipenya, impeller turbin merupakan jenis impeller aliran radial dimana impeller tersebut akan menyebabkan fluida mengalir ke samping dan membentur dinding kemudian sebagian belok keatas dan sebagian belok ke bawah lalu kembali ke tengah dan begitu seterusnya. Dengan model aliran tersebut, efek pengadukan akan lebih besar dimana terjadi benturan pada dinding samping. Pada impeler turbin miring, selain terjadi benturan pada dinding, juga terjadi pembelokan ke arah atas (sesuai dengan sudut kemiringan plat) sehingga gejolak dan gelembung udara yang terjadi pada santan semakin banyak. Hal inilah yang menyebabkan VCO dapat terpisah lebih banyak ketika digunakan impeller turbin miring. Sedangkan saat impeller baling digunakan, hanya ada efek aliran atas bawah tanpa adanya benturan dengan dinding sehingga VCO kurang bisa terpisah. Pada impeller turbin standart, umumnya desain plat/dayung adalah tegak atau horisontal. Desain impeler yang digunakan dalam penelitian ini seperti tergambar pada skema di bawah ini. 5. Kesimpulan Berdasarkan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu: a. Dimensi tangki pengaduk cukup berpengaruh terutama pada Perbandingan lebar baffel dengan diameter tangki (J/Dt). Semakin besar J/Dt, potensi keberhasilan semakin besar dan jumlah VCO yang diperoleh semakin banyak. 55