BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KENTANG (SOLANUM TUBEROSUM L.) Tumbuhan kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan komoditas sayuran yang dapat dikembangkan dan bahkan dipasarkan di dalam negeri maupun di luar negeri. Sebagai bahan makanan, kandungan nutrisi yang ada pada kentang sudah cukup baik. Oleh karena kandungan karbohidratnya yang tinggi, kentang dikenal sebagai bahan pangan pengganti bahan pangan lainnya yang mengandung karbohidrat seperti nasi dan gandum. Produktivitas tanaman kentang di Indonesia termasuk rendah dan tidak stabil, yakni berkisar antara ton ha -1. Hasil tersebut masihlah jauh dibanding negara-negara maju. Kentang adalah tanaman sayuran semusim berumur pendek sekitar hari saja. Pertumbuhan kentang ini memang dipengaruhi oleh cuaca. Tanaman ini akan tumbuh dengan baik apabila berada di daerah dengan suhu rendah, yaitu o C, sinar matahari yang cukup dan tentunya dengan kelembaban udara 80-90% [1]. Tabel 2.1 Komposisi kimia yang terdapat pada 100 g kentang [9] Komponen Jumlah Protein (g) 2,00 Lemak (g) 0,10 Karbohidrat (g) 19,10 Kalsium (mg) 11,00 Fosfor (mg) 56,00 Serat (g) 0,30 Zat besi (mg) 0,70 Vitamin B1 (mg) 0,11 Vitamin B2 (mg) 0,03 Vitamin C (mg) 17,00 Hidrat-arang (g) 19,10 Energi (kal) 83,00 6

2 Kentang memiliki kadar air yang cukup tinggi yakni sekitar 80% dari seluruh kandungan kentang tersebut. Hal inilah yang menyebabkan tumbuhan kentang mudah rusak saat penyimpanan setelah panen [2]. Oleh karena itu, untuk menghindari kerusakan dan meningkatkan kualitas dari kentang itu sendiri perlu dilakukan pengeringan pasca panen. Difusivitas dari kentang yaitu 2,8 x ,3 x 10-9 m 2 /s dan suhu pada proses pengeringan kentang berkisar antara o C [10]. Suhu ini harus tetap dijaga agar kualitas dari kentang itu sendiri tidak menurun. Suhu yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan kualitas tidak dapat diterima. Perubahan seperti kasus pengerasan, kehilangan rasa, kehilangan nutrisi dan degradasi warna. Nutrisi pada kentang diantaranya adalah protein, vitamin C, B1, dan B2. Pengeringan yang melibatkan panas dan kelembaban simultan transfer dapat menjadi proses penghancuran untuk vitamin yang larut dalam air dan lemak. Sementara itu, suhu yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan denaturasi protein. 2.2 PENGERINGAN Pengeringan merupakan salah satu cara efektif untuk mengolah hasil-hasil pertanian seperti sayur-sayuran dan buah-buahan sebelum disimpan. Pengeringan adalah suatu proses perpindahan panas dan uap air secara simultan dari bahan dengan menggunakan media pengering berupa panas yang dihasilkan oleh kolektor [11]. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengeringan adalah sebagai berikut : suhu, tekanan, kelembaban, udara lingkungan kecepatan aliran udara pengering, kandungan air yang diinginkan, energi pengering, luas permukaan bahan, dan kapasitas pengering. Proses pengeringan yang terlalu cepat nyatanya dapat merusak bahan. Permukaan bahan yang terlalu cepat kering kurang diimbangi dengan kecepatan gerakan air di dalam bahan yang menuju permukaan bahan tersebut. Pengeringan yang terlalu cepat ini menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan sehingga air di dalam bahan tidak dapat lagi menguap [12]. Pengeringan pada dasarnya adalah proses pemindahan energi yang digunakan untuk mencapai kadar air tertentu sehingga dapat memperlambat kerusakan 7

3 bahan. Kelembaban udara yang memenuhi syarat untuk ruang alat pengering sekitar 55-60% [13]. Pada proses pengeringan ada 2 peristiwa yang terjadi, yakni : a. Proses perpindahan panas, yaitu suatu proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu, panas yang dialirkan akan meningkatkan suhu bahan yang lebih rendah sehingga menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari tekanan uap air di udara. b. Proses perpindahan massa, yaitu suatu proses yang disebabkan oleh kelembaban relatif udara pada alat pengering lebih rendah dibandingkan dengan kelembaban relatif bahan dimana panas yang di alirkan diatas permukaan bahan akan meningkatkan uap air bahan sehingga tekanan uap air lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan uap udara ke alat pengering [11]. 2.3 PENGERINGAN SURYA Pengeringan surya adalah suatu proses sederhana untuk menghilangkan kandungan air dari suatu bahan hingga moisture content yang diinginkan. Pengeringan ini bertujuan untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme dan reaksi enzimatik melalui peningkatan suhu, pengurangan kadar air kesetimbangan dan peningkatkan kadar air bebas [14]. Kualitas bahan hasil pengeringan dapat ditingkatkan melalui pengendalian kondisi lingkungan dan bahan selama proses pengeringan [15]. Beberapa parameter yang harus dikontrol selama proses pengeringan, yaitu kecepatan aliran udara, temperatur udara pengering dan kelembaban relatif udara [16]. Pada kasus tertentu pengeringan dilakukan hingga kandungan airnya hilang secara keseluruhan. Berdasarkan prinsip kerjanya, pengeringan terbagi tiga jenis yaitu Penjemuran Langsung (Open Sun Drying), Pengeringan Surya dengan Metode Langsung (Direct Solar Drying) dan Pengeringan Surya dengan Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Drying). 8

4 2.3.1 Penjemuran Langsung (Open Sun Drying) Pada penjemuran langsung (Open Sun Drying), bahan yang akan dikeringkan disebar di atas tanah atau lantai semen. Jumlah panas yang diterima bahan tergantung pada intensitas radiasi matahari [17]. Bahan akan menerima panas/ energi matahari pada siang hari dan mengalami sirkulasi udara secara alami. Selama proses penjemuran sebagian energi matahari akan diradiasikan ke permukaan bahan dan sebagian lagi dipantulkan kembali ke udara bebas. Kemudian sebagian panas yang dipantulkan tersebut memanaskan udara di sekitar bahan dan terjadi perpindahan massa air dari bahan ke udara sekitar atau perpindahan secara konveksi alami, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1 [15]. Gambar 2.1 Prinsip Kerja Open Sun Drying [5] Pada saat intensitas radiasi matahari berlebih, proses pengeringan berlangsung cepat. Hal ini dapat merusak kualitas bahan. Permukaan bahan yang terlalu cepat kering kurang diimbangi dengan kecepatan gerakan air di dalam bahan yang menuju permukaan bahan yang menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan, sehingga air di dalam bahan tidak dapat lagi menguap. Ini yang menyebabkan bahan yang dikeringankan dengan metode ini berwarna kecoklatan [13]. Adapun keuntungan dan kerugian dari metode ini adalah sebagai berikut [18]: Keuntungan Open Sun Drying : Modal operasi dan biaya yang murah. Tidak membutuhkan keahlian dalam pengoperasiannya. 9

5 Kerugian Open Sun Drying : Produk rentan terhadap kontaminasi, pencurian, kerusakan oleh burung dan hewan pengerat. Pengeringan lambat dengan kelembaban relatif tinggi yang dapat mendorong pertumbuhan jamur. Membutuhkan lahan yang luas. Produk harus dibalik secara teratur dan dipindahkan jika hujan Pengeringan Surya dengan Metode Langsung (Direct Solar Drying) Pengeringan surya dengan metode langsung dikenal juga dengan pengeringan kabinet. Pada pengeringan ini, radiasi matahari akan memanaskan permukaan kabinet dan udara di dalamnya. Panas pada permukaan kabinet berpindah secara konduksi menuju permukaan bawah bahan sehingga mengalami perpindahan massa air ke bagian tengah bahan. Selanjutnya, air berpindah secara difusi menuju permukaan bahan dan menguap. Uap air pada permukaan bahan dibawa oleh udara panas dan keluar melalui suatu bukaan. Dari keseluruhan radiasi matahari yang menimpa penutup kaca kabinet, sebagian ditransmisikan ke dalam kabinet dan sisanya dipantulkan kembali ke atmosfer. Radiasi yang ditransmisikan tersebut akan memanaskan udara di dalam kabinet dan permukaan bahan, seperti pada gambar 2.2. Gambar 2.2 Prinsip Kerja Direct Solar Drying [5] Penutup kaca di pengering kabinet ini berfungsi untuk mengurangi kerugian panas konvektif yang memainkan peran penting dalam peningkatkan suhu kabinet dan bahan yang akan dikeringkan [15]. 10

6 Keuntungan pengeringan surya dengan metode langsung (Direct Solar Drying) adalah sebagai berikut : 1. Pengoperasiannya sederhana dan murah. 2. Bahan yang dikeringkan lebih terlindungi. 3. Tidak membutuhkan lahan yang luas. Kerugian pengeringan surya dengan metode langsung (Direct Solar Drying) adalah sebagai berikut : 1. Sering terjadi over heat local yang menyebabkan kerusakan bahan. 2. Secara keseluruhan waktu pengeringan berlangsung relatif lambat. 3. Kapasitas terbatas. 4. Pemudaran warna bahan akibat kontak langsung dengan radiasi matahari. 5. Kelembaban di dalam penutup kaca dapat mengurangi transmisinya Pengeringan Surya dengan Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Drying) Pengeringan Surya dengan Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Drying) berbeda dari pengeringan langsung. Bahan yang akan dikeringkan diletakkan di atas nampan atau rak di dalam box pengering. Pengeringan ini disebut juga sebagai pengeringan dengan kolektor surya. Radiasi matahari yang diterima dan diserap kolektor digunakan untuk memanaskan udara di dalamnya. Udara panas yang dihasilkan kolektor akan dialirkan ke dalam box pengering melalui saluran udara. Saluran udara ini dilengkapi dengan dua buah katup. Pada saat pengeringan sedang berlangsung, katup dibuka, sehingga udara dari kolektor dapat mengalir ke dalam box pengering dan apabila pengeringan dihentikan katup akan ditutup. Tujuannya agar udara luar tidak masuk ke dalam box pengering, karena hal ini dapat mempengaruhi kadar air pada bahan yang sedang dikeringkan. Udara panas dari kolektor akan berpindah secara konduksi menuju permukaan bawah bahan sehingga mengalami perpindahan massa air ke bagian tengah bahan. Selanjutnya, air akan berdifusi menuju permukaan bahan dan menguap. Uap air pada permukaan bahan dibawa oleh udara panas yang berasal dari radiasi matahari pada 11

7 permukaan box pengering dan keluar melalui sebuah bukaan atau cerobong diatas pengering, seperti pada gambar 2.3. Gambar 2.3 Prinsip Kerja Indirect Solar Drying [5] Pengeringan surya dengan metode tidak langsung (Indirect Solar Drying) ini memiliki kelebihan sebagai berikut : 1. Proses pengeringan dapat dikontrol dan menghasilkan produk yang lebih berkualitas. 2. Tidak terjadi karamelisasi (pencoklatan) dan kerusakan akibat panas lokal. 3. Dapat dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi, disarankan untuk lapisan pengeringan dalam. 4. Memiliki efisiensi yang lebih besar daripada proses penjemuran langsung dan pengeringan surya dengan metode langsung. Selain keuntungan, pengering ini juga memiliki kelemahan yaitu struktur yang relatif rumit sehingga membutuhkan investasi modal yang lebih dalam peralatan dan biaya pemeliharaan lebih besar dari unit pengeringan langsung [15]. Metode Indirect Solar Drying menghasilkan produk lebih baik dibandingkan dengan Open Sun Drying ataupun metode lainnya seperti pada penelitian yang dilakukan oleh Deshmukh, et al., Hasil pengeringan dengan metode ini lebih baik dibanding penjemuran langsung (Open Sun Drying) dari warna maupun kapasitas rehidrasi. Kapasitas rehidrasi metode Indirect Solar Drying mencapai 52,32 sedangkan Open Sun Drying hanya 2,12 [7]. 12

8 2.4 KINETIKA PENGERINGAN Laju Pengeringan Laju pengeringan sebanding dengan perbedaan kadar air antara bahan yang akan dikeringkan dan keseimbangan kadar air [19]. Ada dua tahap utama dalam proses pengeringan yakni laju pengeringan konstan dan laju pengeringan menurun [2]. a. Laju pengeringan konstan Laju pengeringan ini hanya terjadi pada lapisan air bebas di permukaan bahan. Proses terjadinya laju pengeringan konstan sangat singkat. Kecepatan penguapan air pada tahap ini sama dengan kecepatan penguapan air bebas. Besar atau kecilnya laju pengeringan ini ditentukan oleh empat faktor yakni : lapisan yang terbuka, perbedaan kelembaban antara aliran udara dan daerah basah, koefisien perpindahan massa, dan kecepatan aliran udara pengering. b. Laju pengeringan menurun Laju pengeringan konstan terjadi setelah laju pengeringan konstan. Laju pengeringan ini sangat bergantung kepada sifat alami bahan. Pada tahap ini kecepatan aliran air bebas dari dalam bahan ke permukaan lebih kecil dari kecepatan pengambilan uap air maksimum dari bahan. Ada 2 proses yang meliputi periode laju pengeringan ini yaitu perpindahan air dari dalam bahan ke permukaan dan perpindahan uap air dari permukaan ke udara sekitar. Kadar air kritis (critical moisture content) menjadi batas antara laju pengeringan konstan dan laju pengeringan menurun. Kadar air kritis adalah kadar air terendah pada saat kecepatan aliran air bebas dari dalam bahan ke permukaan sama dengan kecepatan pengambilan uap air maksimum dari bahan. Laju pengeringan secara matematis ditulis: [8] Mt DR = + Δt Mt Δt (2.1) Keterangan : DR = Drying Rate (kg air/kg kering.menit) M t + Δt = Kadar air waktu tertentu (kg air/kg kering) M t = Kadar air awal (kg air/kg kering Δt = Selisih waktu (menit) 13

9 2.4.2 Model Matematika Model Semi-teori telah digunakan oleh banyak penulis untuk menggambarkan kinetika pengeringan bahan pertanian. Model ini termasuk Model Page, Model Newton, Model Two term exponential, Model Henderson and Pabis, dan Model Logaritmik. Model-model matematika tersebut memiliki persamaan sebagai berikut : Tabel 2.2 Model Kinetika Karakteristik Pengeringan [22] Model Name Model Equation Logarithmic Model MR = a exp (-kt + c) Pages s Model MR = e -kt n Newton MR = exp (-kt) Henderson & Pabis MR = a exp (-kt) Parameter a, c, k dan n dihitung dengan analisis regresi non-linear menggunakan program Excel Solver (Microsoft Office Excel, Professional Edition). Kesesuaian antara data prediksi dan eksperimen dievaluasi berdasarkan analisis statistik. Semakin tinggi koefisien determinasi (R 2 ) dan semakin rendah chi-square (χ 2 ) maka Roat Mean Square Error (RSME), Mean Bias Error (MBE) dan Standard Error of Estimation (SEE) akan semakin sesuai atau baik [23]. Dimana : MR = Moisture Ratio a,c,k,n = Parameter pada model Difusivitas Efektif Pada umumnya studi pengeringan menggunakan penyelesaian analitik melalui model persamaan difusi dari Hukum Fick s kedua. Difusivitas efektif merupakan suatu sifat perpindahan massa air secara keseluruhan pada pengeringan bahan, didalamnya termasuk difusi larutan, difusi uap, aliran hidrodinamik dan kemungkinan mekanisme perpindahan massa lainnya. Penyelesaian umum untuk difusi keadaan tidak tunak satu-dimensi menggunakan beberapa asumsi yang wajar maka penyelesaian analitik dapat diturunkan terhadap beberapa bentuk geometri yang standar seperti lempeng, 14

10 silinder dan bola [20]. Pada kasus penelitian yang akan dilaksanakan, bentuk geometri yang digunakan adalah lempeng: (2n -1) π D eff.t MR = 2 exp - (2.2) π 2 n=1 (2n -1) 4L Pada pengeringan yang berlangsung lama, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: [21] 2 8 π D eff.t Ln MR = Ln - 2 π (2.3) 4L Difusivitas efektif diperoleh dengan mem-plot data Ln MR dan t (detik) dengan slope sebagai berikut: [20] 2 π.d Slope = - 4L eff 2. (2.4) Keterangan : DR = Drying Rate (kg air/kg kering.menit) n = Banyak data t = Waktu (detik) L = Ketebalan bahan (cm) D eff = Difusivitas efektif (m 2 /s) 15