PENGARUH SUHU DAN LAMA PENYANGRAIAN TERHADAP SIFAT FISIK-MEKANIS BIJI KOPI ROBUSTA Joko Nugroho W.K. 1), Juliaty Lumbanbatu 2), Sri Rahayoe 3) 1) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian UGM, Jl. Socio Yusticia Bulaksumur Yogyakarta, 55281, Telp/faks: 0274-653542, email: jknugroho@ugm.ac.id 2) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian UGM, Jl. Socio Yusticia Bulaksumur Yogyakarta, 55281, Telp/faks: 0274-653542 3) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian UGM, Jl. Socio Yusticia Bulaksumur Yogyakarta, 55281, Telp/faks: 0274-653542, email: yayoe_sri@yahoo.com ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama penyangraian terhadap perubahan sifat mekanis biji kopi dengan menggunakan panas konduksi. Kopi kering jenis robusta sebanyak 100 gram dengan kadar air awal 11% dimasukkan ke dalam alat penyangrai dengan pengadukan secara manual. Sumber panas yang digunakan adalah kompor listrik dengan suhu permukaan plat dijaga konstan dengan menggunakan sebuah alat thermokontroler. Penyangraian dilakukan selama 12 menit dengan suhu permukaan 160 o C, 180 o C, 200 o C dan 220. Kadar air akhir untuk setiap suhu permukaan tersebut berturut-turut adalah 4,28%, 2,72%, 1,93%, dan 1,24%. Derajat penyangraian diidentifikasi dari sifat fisik-mekanis biji kopi meliputi warna, kehilangan berat, kadar air, tekstur dan densitas biji. Penurunan kekerasan dan densitas dapat dimodelkan dengan persamaan kinetika sedangkan perubahan warna ditunjukkan dengan penurunan nilai L, a dan b. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada suhu penyangraian berpengaruh terhadap perubahan sifat fisik mekanis pada kopi. Suhu minimum untuk penyangraian adalah 180 o C, sedangkan penyangraian dengan suhu 200 o C selama 12 menit menghasilkan biji kopi yang tersangrai baik. Key words: kopi robusta; penyangraian; panas konduks; sifat fisik 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Komoditi kopi di Indonesia mempunyai peranan penting dalam sumber pendapatan negara dalam bentuk devisa dan menunjang perekonomian rakyat. Sebagian besar (95%) dari luas tanaman kopi merupakan perkebunan rakyat dan sisanya diusahakan oleh perkebunan besar. Kopi sebagai komoditi ekspor dengan nomer urutan ke empat, namun masih didominasi dalam bentuk produk primer. Dengan posisi Indonesia sebagai negara tropis, maka produksi kopi Indonesai menduduki nomer ketiga setelah negara Brasil dan Columbia. Kebanyakan varitas kopi di Indonesia adalah jenis Robusta. Di sisi lain kecenderungan meningkatnya permintaan kopi berkualitas tinggi dengan citarasa yang diminati konsumen. Kopi A217
Indonesia dikenal memiliki bodi dan flavour yang kuat sehingga cocok untuk bahan pencampur. Mutu dari kopi sangat ditentukan oleh penanganannya selama panen dan pasca panen. Kopi yang dipetik pada saat tua, merupakan kopi dengan mutu tinggi. Sebaliknya kopi yang belum merah namum sudah dipetik akan mengakibatkan aroma dan rasa yang kurang. Pencampuran antara kopi tua dan muda yang sering dilakukan pedagang akan menyebabkan menurunnya kualitas kopi yang dihasilkan. Proses penyangraian adalah proses pembentukan rasa dan aroma pada biji kopi. Apabila biji kopi memiliki keseragaman dalam ukuran, specific gravity, tekstur, kadar air dan struktur kimia, maka proses penyangraian akan relatif lebih mudah untuk dikendalikan. Kenyataannya, biji kopi memiliki perbedaan yang sangat besar, sehingga proses penyangraian merupakan seni dan memerlukan ketrampilan dan pengalaman sebagaimana permintaan konsumen. Proses penyangraian dilakukan dengan menggunakan suhu yang tinggi. Biji kopi disangrai pada suhu 180-240 o C, biasanya memerlukan waktu 15 sampai 20 menit. Selama penyangraian biji kopi diaduk agar uap air cepat terbawa keluar dan panas terdistribusi secara seragam secara keseluruhan. Ketika penyangraian selesai maka biji kopi harus segara dikeluarkan dari mesin dan didinginkan secara cepat. Akan tetapi beberapa kasus terjadi yaitu terlalu lamanya penyangraian yang menyebabkan overroast. Untuk itu proses penyangraian perlu dikendalikan. 1.2 Tujuan penelitian Tujuan dari peneletian ini adalah untuk mengkaji proses penyangraian kopi dengan menggunakan panas konduksi. Secara umum penelitian akan menganalisa perubahan parameter sifat fisik biji kopi selama penyangraian pada berbagai suhu penyangraian. Selama ini informasi yang berkaitan dengan perubahan sifat fisik kopi selama penyangraian ini sangat terbatas. 2 METODOLOGI PENELITIAN 2.1 Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pangan dan Pascapanen, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada. Pelaksanaan penelitian dilakukan pada bulan Januari sampai dengan Mei 2009. 2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kopi jenis Robusta yang diperoleh dari lokasi perkebunan rakyat di Kecamatan Ungaran, Kabupaten Semarang A218
Jawa Tengah. Daerah ini merupakan sentra produksi kopi, dimana sebagian besar jenis kopi Robusta ditanam, dan sebagian kecil jenis Arabika. 2.3 Alat Peralatan yang dipergunakan pada penyangraian ini terdiri dari wajan Teflon yang berdiameter 25 cm. Sumber panas menggunakan kompor listrik, yang dikendalikan dengan alat termokontroler. Kompor litrik tersebut akan kondisi hidup apabila suhu plat permukaan wajan kurang dari suhu yang dikehendaki. 2.4 Prosedur kerja Sebanyak 100 gram kopi kering dimasukkan ke dalam wajan penyrangrai. Penyangraian dilakukan selama 12 menit dengan variasi suhu 160; 180; 200 dan 220 o C. Suhu plat permukaan dan suhu bahan diukur dalam interval 2 menit. Selanjutnya sampel untuk setiap interval waktu tersebut diambil. Kadar air bahan diukur dengan cara gravimetri yaitu dengan mengoven 5 gram kopi pada suhu 105 o C selama 24 jam. Uji kekerasan dilakukan dengan alat universal texture analyzer dan uji warna dilakukan dengan alat colorimeter. 3 HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Profil suhu selama penyangraian Selama proses penyangraian berlangsung, terjadi perpindahan panas dari permukaan pemanas ke dalam bahan. Panas yang masuk ke bahan menyebabkan perubahan suhu dalam bahan. Panas yang menyebabkan perubahan temperatur bahan tersebut dinamakan panas sensible. Kondisi ini akan berakhir ketika keadaan mulai jenuh yaitu bila suhu bahan terus meningkat sampai mendekati suhu penyangraian. Keadaan seperti ini diakibatkan adanya panas latent penguapan yang menyebabkan terjadinya perubahan massa (air) yang terkandung dalam bahan. Kondisi tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1. yaitu grafik perubahan suhu wajan dan suhu bahan terhadap waktu penyangraian pada suhu 160 o C. Pada grafik tersebut terlihat bahwa kenaikan suhu bahan terjadi pada selang waktu antara 0 sampai 8 menit, kemudian pada selang waktu selanjutnya relatif tidak terjadi perubahan suhu. Suhu bahan relatif konstan ketika mulai selang waktu 8 menit sampai akhir selang waktu. Hal tersebut disebabkan karena besarnya suhu bahan sudah hampir mencapai suhu wajan, sehingga transfer panas yang terjadi wajan ke bahan kecil. A219
Gambar 3.1. Kurva perubahan suhu terhadap waktu dengan tingkat penyangraian 160 C Bahan yang mengalami kehilangan air lebih banyak akan berubah sifat fisik dan termalnya, sehingga mempengaruhi proses kenaikan suhu bahan. Perubahan ini berkaitan dengan kadar air yang terkandung dalam bahan. Semakin tinggi kadar air bahan, maka panas akan semakin mudah melewati bahan sehingga suhu bahan akan mengalami peningkatan. Dengan berkurangnya kadar air pada bahan, maka sifat fisik dan termalnya juga berubah, sehingga kenaikan suhu akan semakin lambat. Hal ini juga yang menerangkan kenapa suhu pada penyangraian dengan suhu 220 C lebih cepat dibandingkan suhu 200 C, 180 C, dan 160 C. Konduktivitas termal merupakan konstanta yang nilainya tergantung pada jenis bahan. Pada sebagian besar bahan, konduktivitas termal meningkat seiring dengan peningkatan suhu, tetapi variasinya sangat kecil dan dapat diabaikan. Apabila nilai koduktivitas benda besar, maka benda tersebut mudah dilewati energi panas. Dan sebaliknya, apabila konduktivitasnya kecil, maka benda tersebut sulit dilewati energi panas. A220
Perubahan kadar air Selama proses penyangraian berlangsung terjadi perpindahan panas dari wajan (media penyangraian) ke bahan dan juga perpindahan massa air. Panas yang mengakibatkan terjadinya perubahan massa air dari bahan dikarenakan adanya panas laten penguapan. Perubahan massa air ini terjadi ketika kandungan air pada bahan telah sampai pada kondisi jenuh, sehingga menyebabkan air yang terkandung di dalam bahan berubah dari fase cair menjadi uap. Perubahan ini terlihat nyata pada perubahan kadar air terhadap waktu yang ditunjukkan pada Gambar 3.2. Gambar 3.2. Kurva perubahan kadar air (wb) terhadap waktu pada saat penyangraian kopi dengan variasi suhu Pada Gambar 3.2. di atas yaitu kurva perubahan kadar air kopi terhadap waktu terlihat bahwa kadar air kopi akan semakin berkurang dengan semakin bertambahnya waktu. Perubahan kadar air yang terjadi selama penyangraian mengakibatkan terjadinya perubahan berat kopi hasil penyangraian. Perubahan berat tersebut sebanding dengan perubahan kadar airnya. Perubahan kadar air dan berat kopi selama proses penyangraian diukur setiap 2 menit. Pada periode penyangraian di antara 0 sampai 6 menit terlihat bahwa kadar air berubah dengan cepat. Kemudian pada menit ke 8 sampai ke 12 terlihat perubahan kadar air yang lambat. Sivetz & Foote (1973) menyatakan bahwa pada tahap awal proses, energi panas yang tersedia di dalam ruang sangrai digunakan untuk menguapkan air. Kadar air biji kopi turun cepat pada awal penyangraian dan kemudian akan berlangsung relatif lambat pada akhir penyangraian. Fenomena ini berkaitan dengan kecepatan rambat air (difusi) di dalam jaringan sel biji kopi. Makin rendah kandungan air dalam biji kopi, kecepatan A221
penguapan air menurun karena posisi molekul air terletak makin jauh dari permukaan biji. Dari grafik perubahan kadar air terhadap kopi di atas juga terlihat bahwa kadar air akhir untuk setiap suhu penyangraian berbeda. Kadar air pada menit ke 12 untuk penyrangraian pada suhu 160; 180; 200 dan 220 o C adalah 4,28%; 2,72%; 1,93%, dan 1,24%. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar suhu awal udara pengering semakin besar proses perpindahan panas dari medium penyangrai ke dalam bahan, sehingga proses perpindahan massa melalui penguapan juga semakin besar. Dapat dipahami bahwa selama penyangraian terjadi penghantaran panas dan massa serempak seperti pada proses pengeringan sehingga dapat digunakan analogi dari persamaan pengeringan. Laju pengeringan pada umumnya dijabarkan dari persamaan pengeringan berdasarkan analogi dari hukum pengeringan Newton. Kesetimbangan kadar air bahan sama dengan nol (Me = 0) pada saat tekanan uap bahan sama dengan tekanan uap udara. Besarnya jumlah air yang dilepas oleh bahan tergantung dari suhu bahan. Laju penurunan kadar air dipengaruhi oleh koefisien laju penurunan kadar air (K x ). Hasil perhitungan nilai koefisien laju penurunan kadar air observasi (Kx) dari berbagai variasi suhu dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 4.2 Nilai kx observasi dengan berbagai variasi suhu penyangraian Suhu ( C) Kx observasi (1/sekon) 160 0,088 180 0,115 200 0,148 220 0,184 3.2 Perubahan kekerasan Berdasarkan Gambar 3.3 yaitu kurva tegangan pecah (σ rupt ) selama penyangraian terhadap waktu dengan berbagai variasi suhu terlihat bahwa perubahan tegangan pecah (σ rupt ) terhadap variasi suhu penyangraian menunjukkan terjadinya fase pelunakan. Bahan mengalami pelunakan pada variasi suhu selama penyangraian. Bahan yang mengalami penyangraian dengan suhu lebih tinggi memiliki nilai tegangan rupture rata-rata (σ rupt ) rata rata yang lebih kecil. Sebaliknya bahan yang disangrai pada suhu lebih rendah memiliki nilai tegangan rupture rata-rata (σ rupt )) rata rata yang lebih besar. Dari keempat variasi suhu penyangraian, terlihat bahwa semakin tinggi suhu maka kekerasan bahan akan semakin kecil. Hal tersebut membuktikan bahwa suhu penyangraian berpengaruh terhadap nilai kekerasan bahan. Suhu yang digunakan pada A222
penyangraian berpengaruh terhadap laju penurunan kadar air dalam bahan, yang selanjutnya akan berpengaruh pula terhadap laju perubahan kekerasan produk. Ketika suhu lebih tinggi, kadar air bahan akan lebih cepat turun sehingga menyebabkan kopi menjadi lebih empuk. Gambar 3.3 Kurva perubahan tegangan pecah selama penyangraian terhadap waktu dengan berbagai variasi suhu 3.3 Perubahan Indeks warna Pada Gambar 3.4 yaitu kurva perubahan lightness kopi selama penyangraian dengan berbagai variasi suhu terlihat bahwa nilai lightness semakin rendah seiring dengan bertambahnya waktu penyangraian. Penyangraian dengan suhu 160 dan 180 o C, menunjukkan nilai L yang tidak berubah banyak. Akan tetapi penyangraian dengan suhu 200 dan 220 o C menunjukkan kecenderungan penurunan nilai L. Nilai a juga cenderung meningkat, yang disebabkan perubahan warna biji kopi menjadi kecoklatan dan makin gelap. Hal ini terjadi karena adanya reaksi Maillard yang mengakibatkan munculnya senyawa bergugus karbonil (gugus reduksi) dan bergugus amino. Reaksi Maillard adalah reaksi browning non enzimatik yang menghasilkan senyawa kompleks dengan berat molekul tinggi. Ketidakseragaman warna biji kopi sebelum penyangraian mengakibatkan pada saat penyangraian warna yang diperoleh tidak seragam. Hal ini mengakibatkan tingkat kecerahan (lightness) yang diperoleh tidak stabil. Namun secara umum data yang diperoleh dapat menggambarkan adanya perubahan warna kecerahan pada biji kopi selama penyangraian. A223
Gambar 3.4 Kurva perubahan indeks warna (L, a, b) kopi selama penyangraian dengan berbagai variasi suhu 4 KESIMPULAN Penyangraian kopi dengan berbagai variasi suhu akan menyebabkan terjadinya perubahan sifat fisik pada biji kopi tersebut, yaitu penurunan kada air yang lebih cepat, peningkatan kerapuhan dan mempercepat perubahan warna kegelapan. Penyangraian dengan suhu rendah (160 C) menghasilkan biji kopi yang belum tersangrai selama 12 menit dilihat dari perubahan warna dan bau yang ditimbulkan. Penyangraian pada suhu 200 C C selama 10 menit menghasilkan biji kopi yang tersangrai dengan baik. Tekstur biji kopi selama penyangraian cenderung lebih rapuh dilihat dari nilai tegangan patah. Referensi: Baini, R dan T.A.G Langrish.,,2008. Assesement of Colour Development in Dried Bananas-Measurements and Implications for Modelling, Journal of Food Engineering, 93(2), pp 177-182 A224
Dutra E.R dan A.S Franca.,2000. A Preliminary Stud on The Feasibility of Using The Composition of Coffee Roasting Exhaust Gas For The Determination of The Degree of Roast, Journal of Food Engineering.Vol 47, pp 241-246. Hernandez, J.A and Heyd.,,2008. Online Assessment of Brighness and Surface Kinetics during Coffee Roasting, Journal of Food Engineering, 87(3), pp 314-322 Hernandez, J.A and Heyd.,,2008. Prediction of Brighness and Surface Area Kinetics during Coffee Roasting, Journal of Food Engineering, 89 (2), pp 156-163 Kahyaoglu T and S. Kaya., 2006. Modeling of Moisture, Color an Texture Changes in Sesame Seeds during the Conventional Roasting, Journal of Food Engineering. 75(2),pp 167-177 Mendez, Luciane C dan Holary C., 2000. Optimization of the Roasting of Robusta Coffe (C. Canephora Conillon), Journal of Food Engineering, 12( 2), pp 153-162 Oosterveld A dan A.G.J Voragen, 2003. Effect of Roasting on the Carbohydrate Composition of Coffea Arabica Beans, Journal of Food Engineering, 54 (2), pp 183-192 Pittia P dan M. Dalla Rosa, 2000. Textural Changes of Coffee Beans as Affected by Roasting Conditions, Journal of Food Engineering. 34 (3), pp 168-175 Ridwansyah, 2003. Pengolahan Kopi. (Online, diakses 15 Januari 2009) www.libraryusu.com Sivetz, M. & H.E. Foote.1963. Coffee Processing Technology. The Avi Publishing Company Inc, Conneticut. A225