PRINSIP DASAR KRISTALISASI

Transkripsi

1 PRINSIP DASAR KRISTALISASI Posted on by ayu anisa No comments Pengertian Kristalisasi Kristalisasi merupakan istilah yang menunjukkan beberapa fenomena yang berbeda berkaitan dengan pembentukan struktur kristal. Empat tahap pada proses kristalisasi meliputi pembentukan kondisi lewat jenuh atau lewat dingin, nukleasi atau pembentukan kristal inti kristal, pertumbuhan kristal, dan rekristalisasi atau pengaturan kembali struktur kristalin sampai mencapai energi terendah. Kristalisasi menunjukkan sejumlah fenomena yang berkaitan dengan pembentukan struktur matriks kristal. Prinsip pembentukan kristal adalah sebagai berikut: 1. Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam. 2. Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air dan lemak. Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati kondisi lewat dingin (untuk lelehan). Kondisi tersebut dapat tercapai melalui pendinginan dibawah titik leleh suatu komponen (misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi lewat jenuh (misalnya garam dan gula) pada kondisi tidak seimbang ini, molekul-molekul pada cairan yang mengatur diri dan membentuk struktur matriks kristal. Kondisi lewat jenuh atau lewat dingin pada produk pangan diatur melalui proses formulasi atau kondisi lapangan. Prinsip dasar kristalisasi Pemisahan dengan teknik kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogeen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat terlarutnya. Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh (supersaturated) yaitu kondisi dimana pelarut sudah tidak mampu melarutkan zat terlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi kapasitas pelarut. Proses pengurangan pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu, penguapan, pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia. Nah, untuk petani garam tradisional menggunakan cara penguapan menggunakan bantuan sinar matahari langsung. Ilustrasi kristalisasi di laboratorium Untuk mengetahui bagaimana proses sederhana kristalisasi di laboratorium, perhatikan ilustrasi berikut!

2 Bagaimana proses terbentuknya garam dari air laut? Air laut dialirkan kedalam tambak dan selanjutnya ditutup. Air laut yang ada dalam tambak dibiarkan terkena sinar matahari secara langsung sehingga mengalami proses penguapan. Setelah beberapa hari (tergantung panas cahaya matahari) jumlah air berkurang, dan mengering bersamaan dengan itu pula kristal garam terbentuk. Kristal-kristal garam yang telah terbentuk kemudian dikumpulkan untuk diproses lebih lanjut sehingga menghasilkan kristal garam yang bersih dan terbebas dari kotoran. Proses Pembuatan Gula Secara Umum (Pabrik Gula) 5. Proses Masakan (Kristalisasi) Nira kental dari stasiun penguapan yang sudah dipucatkan (dibleaching) masih mengandung air ± 35% - 40% lagi. Apabila kadar air lebih besar dari yang semestinya,maka pembentukan kristal akan lebih lama. Dimana kelebihan kandungan ini akan diuapkan pada stasiun kristalisasi (dalam pan kristalisasi). Pada stasiun masakan dilakukan proses kristalisasi dengan tujuan agar kristal gula mudah dipisahkan dengan kotorannya dalam pemutaran sehingga didapatkan hasil yang memiliki kemurnian tinggi, membentuk kristal gula yang sesuai dengan standar kualitas yang ditentukan dan perlu untuk mengubah saccarosa dalam larutan menjadi kristal agar pembentukan gula setinggi-tingginya dan hasil akhir dari proses produksi berupa tetes yang masih sedikit mengandung gula, bahkan diharapkan tidak mengandung gula lagi. Proses kristalisasi dibagi dalam beberapa tingkat masakan, yaitu : 1. Sistem masak 4 tingkat : masakan A,B,C,D

3 2. Sistem masak 3 tingkat : masakan A,B,D atau ACD 3. Sistem masak 2 tingkat : masakan A,D Dalam proses kristalisasi di PTP Nusantara II Sei Semayang, di ambil sistem masak 3 tingkat yaitu : A, B dan D 5.1 Proses Kristalisasi sistem tiga tingkat 1) Masakan A, yaitu proses masakan yang menghasilkan kristal (gula) A dan Stroop A, stroop A ini masih mengandung sukrosa digunakan untuk bahan masakan B. Pada masakan A terdapat 2 buah pan masakan yang dapat mengkristalkan ± 68% dari nira kental masuk. 2) Masakan B yaitu proses masakan yang menghasilkan kristal (gula) B dan Stroop B. Pada masakan B terdapat 1 buah pan masakan yang dapat mengkristalkan ± 62% dari nira kental masuk. 3) Masakan D, yaitu proses masakan yang menghasilkan kristal (gula) D dan Klare D, dengan menggunakan bahan dasar stroop A, stroop B dan Klare D. Pada masakan D terdapat 2 buah pan masakan yang dapat mengkristalkan ± 58% dari nira kental masuk. 5.2 Langkah-langkah proses pengkristalan 1) Menarik Hampa Tangki masakan terlebih dahulu di buat hampa udara dengan tekanan vakum sebesar 40 cmhg kemudian saluran penghubung dengan tangki penguapan dibuka perlahan-lahan sampai terbuka penuh sehingga mencapai keadaan maksimum dengan tekanan 66 cmhg. Langkah pertama dari proses pangkristalan adalah menarik masakan (nira pekat) untuk diuapkan airnya sehingga mendekati kondisi jenuhnya. Dengan pemekatan secara terus-menerus koefisien kejenuhannya akan meningkat. Pada keadaan lewat jenuh maka akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. 2) Pembuatan Bibit Langkah selanjutnya ialah membuat bibit, yaitu dengan memasukkan gula (fondant) ke dalam pan masakan kemudia melakukan proses pembesaran kristal. Fondant merupakan inti kristal gula yang sudah ditumbuk menjadi halus dan sengaja diberikan agar kristal gula yang terbentuk memiliki ukuran yang sama. Inti ini dapat dibuat dengan menggiling kristal yang kasar sehingga menjadi kristal yang halus. Bibit fondant tersebut dapat dibuat di luar pan masakan. Untuk

4 mengetahui besar kecil ukuran kristal dapat dilakukan dengan cara meletakkan kristal gula pada kaca transparan yang diamati pada sinar lampu. 3) Memperbesar Kristal Dalam proses memperbesar ukuran kristal dilakukan dengan penambahan bibit yang baik sampai diharapkan ukuran kristal 0,8-1 mm. 4) Menurunkan Masakan (masakankan tua) Kristal gula yang sudah terbentuk sesuia dengan ukuran ketentuan yang diharapkan dinamakan dengan masakan tua. Tujuan dari masakan tua adalah melanjutkan penguapan masakan dalam pan kristalisasi tanpa penambahan larutan baru untuk menghindari terjadinya pembentukan kristal palsu. Apabila ketentuan di atas telah terpenuhi, maka terbentuklah kristal yang cukup rapat dan hal ini menunjukkan proses pengkristalan telah selesai. Masakan tua yang ukurannya telah mencapai 0,8-1 mm dikeluarkan dari tangki masakan dan dimasukkan ke dalam palung pendingin yang terdapat di bawah tangki masakan. Penurunan masakan dimulai dengan menutup uap panas, kemudian menghilangkan tekanan hampa. Penghilangan tekanan hampa dilakukan dengan membuat hubungan pan masakan, maka tekanan udara di dalam pan naik dan tekanan vakum hilang. Setelah seluruh masakan diturunkan,pan masakan dicuci dengan steam (uap panas) untuk membersihkan sisa-sisa kristal gula dan larutanlarutan yang tertinggal, agar pada masakan selanjutnya tidak mengganggu proses pangkristalan dan kualitas kristal gula yang terbentuk. Larutan pada pan masakan hasil pencucian dengan air dan steam dialirkan ke peleburan untuk di daur ulang kembali. 5) Palung Pendingin ( D-Cristalizer) Pendinginan masakan digunakan untuk menentukan kejenuhan agar proses kristalisasi lanjut terjadi, sehingga ukuran kristal membesar. Palung Pendingin ( D-Cristalizer) dilengkapi dengan pengaduk agar tidak terjadi pengumpalan dan hanya digunakan untuk masakan D yang bertujuan untuk menekan nilai Harkat Kemurnian (HK). Proses Kristalisasi Gula Salah satu langkah dalam proses pembuatan gula adalah kristalisasi. Proses kristalisasii merupakan salah satu pekerjaan proses agar mendapatkan bahan murni yang berupa gula kristal yang berwarna putih, berbentuk padat, sehingga gula dapat terpisah dari larutan induknya dalam bentuk kristal. Sebagai hasil dari proses kristalisasi tersebut dihasilkan suatu magma yang terdiri atas larutan induk dan kristal gula. Campuran dari larutan induk dan kristal tersebut biasanya disebut masakan atau dalam bahasa Perancis disebut massecuite, yang berarti massa, dan cuite berarti diproses atau dimasak. Proses kristalisasi terjadi di dalam suatu pan masak, yang proses kerjanya dilakukan pada suasana atau

5 kondisi vakum (hampa udara). Disamping itu, proses kristalisasi dilakukan secara single efek (badan tunggal), jadi berbeda dengan kegiatan dalam pan penguapan yang dilakukan secara multiple effect (badan rangkap, > 1 badan). Proses kristalisasi dilakukan pada kondisi vakum untuk mencegah kerusakan dari nira. Bahan Dasar Proses Kristalisasi Dalam proses pembuatan gula, yang dimulai dari pemerahan tebu menghasilkan nira mentahh, kemudian dengan pemurnian untuk menghilangkan kotoran dan penguapan untuk menguapkan air maka akan diperoleh nira kental. Nira kental ini adalah bahan baku utama dalam proses kristalisasi. Dari rangkaian proses sebelumnya nira masih mengandung kotoran dan kadar air. Di proses kristalisasi ini kadar kotoran dan air yang ada dalam nira akan dihilangkan. Di nira kental masih terkandung kotoran sebesar % zat terlarut, sedangkan kadar airnya % (memiliki brix 60 65). Nira kental sebagian besar mempunyai brix sebesar % dengan tujuan supaya larutan tersebut mendekati konsentrasi jenuhnya. Faktor Faktor yang Berpengaruh Terhadap Proses Kristalisasi Pelbagai faktor yang dipandang dapat mempengaruhi proses pemasakan atau proses kristalisasi, a.l. suhu, vakum, proses penguapan sebelumya, kerataan kristal, kadungan kotoran dalam larutan, viskositas larutan dan pencampuran atau sirkulasi larutan. Kelarutan sakarosa Sakrosa atau gula dapat larut dalam air. Jumlah kelarutannya bergantung pada suhu dan keberadaan komponen lainnya di dalam larutan gula tersebut. Untuk gula murni, di dalam air akan terlarut bergantung pada suhu larutannya sesuai dengan suatu korelasi atau hubungan dalam persamaan berikut ini. Y = 64, ,13477 t + 0, t 2 (Herzfeld) di mana Y = gula (%), t = suhu larutan o C Sesuai persamaan di atas menunjukkan bahwa pada suhu t o C jumlah gula yang terlarut maksimal = Y (%). Dan apabila larutan gula pada t o C, dengan kadar = Y %, maka dapat dikatakan bahwa larutan gula sudah jenuh (=kenyang = verzadig = saturated ). Dan

6 penambahan gula ke dalam larutan tersebut sudah pasti tidak larut lagi. Suatu misal pada suhu t o C larutangula dengan kadar x %, di mana harga x < Y,maka larutan tersebut belum dapat dikatakan kenyang atau di bawah jenuh, atau larutan masih encer. Larutan encer yang dipekatkan dengan cara penguapan lama kelamaan akan mencapai kejenuhannya, dan apabila proses penguapan dilanjutkan maka akan terjadilah proses kristalisasi dari gula. Hal ini terjadi karena pada suhu tertentu air hanya dapat melarutkan gula sejumlah tertentu pula, sehingga kelebihannya akan berubah menjadi kristal. Oleh karena yang dapat larut adalah air, maka jumlah air yang terdapat dalam larutan juga menentukan jumlah gula yang ditahan dalam larutan, dan untuk dapat memperoleh gambaran tentang hubungan air dengan gula yang terlarut pada suhu t o C, maka oleh peneliti terdahulu menunjukkan hubungan sebagai berikut : Sakarosa % air = / 151 t di mana t = suhu larutan dalam o C Pengukuran derajat kejenuhan, dilingkungan pabrik gula di buat suatu tetapan besaran yang dikenal dengan istilah : KKJ = kosien kelewat jenuh OVC = over verzadiging coefisien SS = super saturation OVC didefinisikan sebagai berikut :

7 Dari definisi tersebut, maka akan dijumpai keadaan sebagai berikut : OVC < 1 : larutan encer OVC = 1 : larutan jenuh OVC > 1 : larutan kelewat jenuh Daerah-Daerah Kejenuhan dan Sifatnya Berdasarkan kenyataan terbentuknya cristal dengan penguapan ataupun penjenuhan larutan terjadi pada konsentrasi lewat jenuh, pada kosien kejenuhan berapakah terjadinya cristal ini sumar untuk ditentukan dengan pasti karena componen-komponen nira akan turut mempengaruhi, sehingga tebu yang berasal dari tempat berlainan ataupun tebu dengan jenis yang berbeda akan memerlukan derajat kejenuhan berbeda untuk dapat terjadinya pengkristalan. Untuk itu para ahli membagi daerah kejenuhan menjadi : Larutan Encer : Larutan pada daerah kejenuhan dibawah kosien kejenuhan 1,00 dimana larutan masih dapat melarutkan cristal sukrose. Larutan Jenuh :Larutan yang memiliki kosien kejenuhan tepat 1,00 (KK = 1,00) dimana akan terjadi kesetimbangan antara jumlah sucrosa yang melarut dan sucrosa yang mengkristal. Larutan yang tidak dapat melarutkan sucrosa lagi.

8 Daerah Meta Mantap : Larutan yang terletak pada daerah konsentrasi diatas kosien kejenuhan 1,00 (KK > 1,00) dimana molekul sukrosa dalam larutan hanya dapat menempelkan diri pada kristal yang telah ada. Daerah ini juga disebut daerah pembesaran kristal. Daerah Pertengahan : Larutan yang terletak pada daerah konsentrasi dimana molekul sukrosa dalam larutan telah mampu membentuk inti kristal apabila terdapat atau hadir kristal sukrosa dalam larutan. Daerah Goyah : Larutan yang terletak pada konsentrasi diatas daerah pertengahan dimana molekul sukrosa dalam larutan telah mampu membentuk inti kristal dengan serentak tanpa adanya kristal yang lain. Langkah-langkah proses kristalisasi adalah sebagai berikut : a. Menarik larutan dan pemekatan Bahan dasar yang akan dikristalkan dipanaskan sampai mendekati suhu masak, selanjutnya pemekatan dimulai. Dengan demikian koefisien kejenuhannya berangsurangsur meningkat. Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Proses kristalisasi dijaga pada suhu rendah karena molekul sukrosa akan mudah rusak pada suhu tinggi, oleh karena itu digunakan vakum. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil, karena akan terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus. b. Membuat bibitan

9 Pembuatan bibit dengan cara serentak (spontan) - Larutan diuapkan sampai berada pada daerah goyah (A) - Bila akan mulai memasak larutan dialihkan ke daerah metastabil dengan menaikkan suhu. (B) - Apabila kristal yang terbentuk kurang maka larutan diarahkan ke daerah goyah lagi (C) - Bila inti kristal telah cukup maka ditarik bahan masak lagi, kemudian menurunkan vakum agar kembali ke daearah metastabil. (D) Pembuatan bibit dengan cara kejutan (shock seeding)

10 - Larutan gula dikentalkan sampai daerah intermediate kemudian dimasukkan gula halus. - Bila kristal telah terbentuk dan terlihat besar kristal merata maka dikembalikan lagi ke daerah metastabil. Pembuatan bibit dengan cara pemberian inti penuh (full seeding) Pada cara ini dengan menggunakan bibit (seeding) yang sudah jadi dan dimasukkan pada daearah metastabil. Untuk bahan bibitan sistem ini bisa menggunakan fondan atau FCS (Fine Crystal Seed). b. Membesarkan Inti Kristal. Pada langkah pembesaran kristal diusahakan untuk menempelkan sebanyak mungkin molekul sukrosa pada kristal yang telah jadi dalam waktu yang singkat. c. Merapatkan Inti Kristal Apabila pembesaran dirasa telah cukup dengan kristal yang kuat, maka selanjutnya adalah merapatkan inti kristal. Tujuannya adalah supaya jarak antara kristal yang satu dengan yang lain berdekatan sehingga kecepatan kristalisasi tidak berkurang. d. Menurunkan masakan

11 Masakan yang sudah tua akan diturunkan kedalam palung pendingin. Fungsi palung pendingin adalah untuk mendinginkan masakan dan juga untuk kristalisasi lanjut. Pada dasarnya masakan boleh diakhiri dan diturunkan kedalampalung pendingin apabila : - Brix masakan sudah tinggi, artinya masakan sudah tua. Dan perlu dimengerti bahwa tuanya masakan bukan hanya karena hampir habis airnya, tetapi masakan harus banyak mengandung pasir. Jika tidak banyak pasirnya maka sewaktu masakan tadi berada di dalam palung pendingin (trog), kemungkinan sangat besar akan rusak atau menjadi kotor. Akibatnya masakan lalu sukar diputar. Jika masakan sukar diputar, biasanya terpaksa diencerkan atau di cuci, sehingga strop yang diperoleh banyak, sedang gula pasirnya menjadi berkurang. - Karena itu masakan sewaktu turun harus dalam keadaan tua karena banyak mengandung pasir keras. Tanda-tandanya adalah masakan harus poro, tidak terasa ngayiyat (tidak seperti berlendir tidak licin), kalau ditekan dengan jari terasa pasir. Untuk masakan D kecuali tanda-tanda tersebut, kalau dilemparkan ( ke dinding pan misalnya), tidak mudah menjadi gepeng dan keras. TAHAP MASAKAN Dalam kegiatan proses masak gula tahapan prosesnya tergantung dari tinggi rendahnya HK nira kental/deksap/cing, maka masakan dapat bertahap 3 atau 4 tahap A, B, C, D, ABD atau ACD. Untuk saat ini kebanyakan pabrik gula di Indonesia menggunakan system masaka ACD. Pada system ACD masakan A sebagai produk, sedangkan masakan C dan D akan diolah sebagai bibit untuk masakan A. Sumber : Diposkan oleh learn di 00.31