Tugas akhir mata kuliah Prinsip Teknologi Pangan Proses Evaporasi Pada Pembuatan Pasta Buah Naga Merah Vicky Viriani NIM: 203138831034951 Program Studi Teknologi Pangan, Fakultas Ilmu Hayati, Universitas Surya, Tangerang, Indonesia Sejarah Artikel Tanggal pembuatan: 29 november 2015 Tanggal penggumpulan: Desember 2015 Kata Kunci: Buah Naga Merah, Evaporasi, Kadar air, Pasta, Steam economy. Abstrak Buah naga merah merupakan salah satu buah yang memiliki kadar air cukup tinggi sekitar 82%b/b. Kadar air buah yang cukup tinggi menyebabkan umur simpan buah menjadi lebih pendek karena buah mudah busuk. Oleh sebab itu, salah satu pengolahan buah naga yang dapat dilakukan adalah mengolah buah naga menjadi pasta buah naga merah. Pada pembuatan pasta buah naga merah, salah satu proses penting ialah proses evaporasi. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, nilai steam economy yang diperoleh sebesar 0,852. Daftar Isi 1 Pendahuluan... 2 2 Tujuan... 2 3 Proses Pembuatan Pasta Buah naga... 2 4 Proses Evaporasi... 4 5 Data dan Perhitungan... 5 5.1 Data... 5 5.2 Perhitungan... 5 5.2.1 Mass flow... 5 5.2.2 Suhu steam (Ts)... 6 5.2.3 Entalpi dalam bentuk vapor dan kondensat (Hv dan Hc)... 6 5.2.4 Entalpi feed... 6 5.2.5 Entalpi produk... 6 5.2.6 Kesetimbangan pindah panas... 6 5.2.7 Kesetimbangan entalpi... 7 5.2.8 Steam economy... 7 6 Kesimpulan dan Saran... 7 6.1 Kesimpulan... 7 6.2 Saran... 7 Referensi... 8 1
1 Pendahuluan Buah naga merupakan salah satu buah yang memiliki kadar air yang cukup tinggi yaitu sekitar 82%b/b. Terdapat empat jenis buah naga, yakni Hylocereus undatus, Hylocereus polyrhizus, Hylocereus costaricensis, dan Selenicereus megalanthus. Hylocereus undatus merupakan buah naga berkulit merah bersisik dengan daging buah berwarna putih sedangkan merupakan Hylocereus polyrhizus daging buah naga berkulit merah bersisik dengan daging buah berwarna merah keunguan. Kemudian, Hylocereus costaricensis adalah daging buah naga berkulit merah bersisik dengan daging buah berwarna merah. Terakhir, Selenicereus megalanthus merupakan buah naga dengan kulit berwarna kuning tanpa sisik (Panjuantiningrum, 2009). Kadar air pada buah naga merah yang cukup tinggi menyebabkan umur simpan buah naga merah menjadi lebih pendak. Hal ini disebabkan kadar air yang cukup tinggi menyebabkan buah lebih mudah busuk karena air bebas pada buah dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk hidup. Salah satu pengolahan yang dapat meningkatkan umur simpan buah naga merah adalah mengolah buah naga merah menjadi pasta buah merah. Pada pembuatan pasta buah naga merah salah satu proses yang paling penting adalah proses evaporasi. Evaporasi merupakan proses pemisahan cairan volatil dan padatan nonvolatil menggunakan penguapan. Pada evaporasi terjadi penurunan aktivitas air (a w) sehingga dapat meningkatkan umur simpan (Chin & Hernandez, 1997). Terdapat beberapa komponen utama pada alat evaporator, yaitu heating steam, separator, separator duck, dan calandria base (Process Engineering GEA Wieganth GmBH, Tanpa tahun). Jenis dari evaporataor ada dua, yakni single effect evaporator dan multiple effect evaporator (Chin & Hernandez, 1997). Pada laporan ini, evaporator yang akan digunakan pada perhitungan adalah single effect evaporator. 2 Tujuan Tujuan dari pembuatan pasta buah naga merah adalah untuk meningkatkan umur simpan serta menjaga mutu rasa dari buah naga. Kemudian, tujuan dari pembuatan laporan proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah yaitu agar dapat mengetahui proses pembuatan pasta buah naga merah, serta mengetahui proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah. 3 Proses Pembuatan Pasta Buah naga Berdasarkan Gambar 1 terdapat enam proses dalam pembuatan pasta buah naga merah, yaitu proses pencucian, pengupasan, penghancuran, evaporasi, pengemasan dan pasteurisasi, dan penyimpanan/ distribusi. 1. Proses pencucian Buah naga merah yang telah dipanen akan melalui proses pencucian untuk menghilangkan kotoran yang menempel pada permukaan kulit buah naga. 2. Proses pengupasan Setelah buah naga merah dicuci, maka selanjutnya buah naga merah akan mengalami proses pengupasan. Hal ini bertujuan untuk memisahkan daging buah naga merah dari kulit buah naga merah. Pada pembuatan pasta buah naga merah bagian buah naga merah yang akan digunakan adalah bagian daging buah naga merah. 3. Proses Penghancuran Proses selanjutnya adalah proses penghancuran daging buah naga merah. Hasil yang diperoleh dari proses penghancuran daging buah naga merah adalah jus buah naga merah. Pada proses penghancuran ini tidak diperlukan penambahan air karena pada daging buah naga merah sendiri sudah terdapat kandungan air yang cukup tinggi. 2
4. Proses evaporasi Setelah diperoleh jus buah naga merah, jus buah naga merah akan melalui proses evoporasi menggunakan single effect evaporator. Setelah jus buah naga merah mengalami proses evaporasi maka akan diperoleh hasil pasta buah naga merah. 5. Proses pengemasan dan pasteurisasi Pasta buah naga merah yang telah diperoleh selanjutnya akan dikemas pada wadah botol plastik maupun botol kaca. Setelah proses pengemasan dapat dilanjutkan dengan proses pasteurisasi. 6. Proses penyimpanan/ distribusi Pasta buah naga merah yang telah dikemas selanjutnya dapat disimpan pada suhu ruang maupun suhu rendah. Setelah itu, pasta buah naga merah dapat didistribusikan ke konsumen. Berikut adalah skema kerja pengolahan buah naga merah menjadi pasta buah naga merah. Buah naga merah Pencucian Pengupasan Penghancuran Jus buah naga merah Proses evaporasi Pasta buah naga merah Pengemasan dan Pasteurisasi Penyimpanan/ Distribusi Gambar 1 Skema proses pembuatan pasta buah naga merah 3
4 Proses Evaporasi Gambar 2 Skema proses evaporasi menggunakan forward singgel effect evaporator pada pembuatan pasta buah naga merah Keterangan: ms = mass flow steam (kg/s) mf = mass flow feed (kg/s) mv = mass flow vapor (kg/s) mp = mass flow product (kg/s) xf = padatan terlarut feed xp = padatan terlarut product Ts = suhu steam ( C) T1 = suhu di dalam evaporator ( C) Tp = suhu product ( C) Feed = bahan yang dimasukan jus buah naga merah Product = produk jadi pasta buah naga merah Pada proses evaporasi, jus buah naga merah dimasukan ke dalam evaporator yang telah dialiri uap panas dari heating steam. Pada evaporator akan terjadi proses pemanasan sehingga air di dalam jus buah naga merah akan keluar dari evaporator. Hal tersebut menyebabkan kadar air dalam jus buah naga merah berkurang sehingga viskositas jus buah naga yang sebelumnya rendah (cair) menjadi lebih tinggi (mengental) membentuk tekstur pasta. 4
5 Data dan Perhitungan 5.1 Data Buah naga memiliki kadar air sekitar 82%b/b sehingga kadar padatan di dalam buah naga adalah 18%b/b. Pada proses pembuatan pasta buah naga merah menggunakan single effect evaporator untuk mengevaporasi jus buah naga merah yang memiliki total padatan 18%b/b menjadi 50%b/b. Jus buah naga merah masuk ke dalam evaporator pada suhu 15 C. Evaporator dioperasikan dengan steam 114,616 kpa dan keadaan vakum membuat jus buah naga merah mendidih dalam evaporator pada suhu 75ºC. Tabel 1 Data perhitungan pembuatan pasta buah naga merah Komponen data Nilai Referensi Perhitungan ms 1,013 kg/s Perhitungan 5.2.6 Kesetimbangan pindah panas mp 0,228 kg/s Perhitungan 5.2.1.3 Persamaan 3 mv 0,831 kg/s Perhitungan 5.2.7 Kesetimbangan entalpi mf 0,634 kg/s Perhitungan 5.2.1.2 Persamaan 2 xf 0,18 - - xp 0,5 Ditentukan - Tf 15 C - - T1 75 C - - Ts 103, 4578 C Interpolar - U 4000 W/m 2 C (Toledo, 2007) - A 20 m 2 Ditentukan - Cpf 3,9 kj/ kg C (Singh & Heldman, 2009) - Cpp 2,3 kj/ kg C (Singh & Heldman, 2009) - Hvs (Tf) 2528,9 kj/kg (Toledo, 2007) - Hv1(T1) 2635,3 kj/kg (Toledo, 2007) - Hcs (Ts) 433, 638 kj/kg Interpolar - Hvs (Ts) 2681, 39 kj/kg Interpolar - 5.2 Perhitungan 5.2.1 Mass flow 5.2.1.1 Persamaan 1 5.2.1.2 Persamaan 2 xf. mf = xp. mp 0,18. mf = 0,5 mp mp = 9/25 mf...(1) mf = mv + mp mf = 25/25 mv + 9/25 mf mf = 25/34 mv...(2) mf = 25/35 (0,8631 kg/s) diperoleh dari kesetimbangan entalpi mf = 0,634 kg/s 5.2.1.3 Persamaan 3 Masukan persamaan 2 ke persamaan 1 mp = 9/25 mf mp = 9/25 (25/34 mv) mp = 9/34 mv...(3) mp = 9/34 (0,8631 kg/s) diperoleh dari kesetimbangan entalpi mp = 0,228 kg/s 5
5.2.2 Suhu steam (Ts) Ta = 102,5 C Pa = 110,7410 kpa Ts =... C Ps = 114,616 kpa Tb = 105 C Pb = 120,8548 kpa Ts 102,5 114,616 110,7410 = 105 102,5 120,8548 110,7410 Ts = 103, 4578 C 5.2.3 Entalpi dalam bentuk vapor dan kondensat (Hv dan Hc) Hvs (Tf) = 2528,9 kj/kg Hv1(T1) = 2635,3 kj/kg Hcs (Ts) = 433, 638 kj/kg Interpolar Hvs (Ts) = 2681, 39 kj/kg Interpolar Contoh perhitungan Hcs (Ts): Ta = 100 C Hca = 419,04 kj/ kg Ts = 103, 4578 C Hcs =... kj/ kg Tb = 105 C Hcb = 440,15 kj/ kg 103,4578 100 Hcs 419,04 = 105 100 440,15 419,04 Hcs = 433,638 kj/ kg 5.2.4 Entalpi feed Cpf = 3,9 kj/ kg C karena koefisien jenis jus buah naga merah tidak diketahui maka menggunakan Cpf jus mangga (karena total padatan yang hampir sama) Tf = 15 C Hf = Cpf (Tf - 0 C) Hf = 3,9 kj/ kg C (15-0) C Hf = 58,5 kj/ kg 5.2.5 Entalpi produk Cpp = 2,3 kj/ kg C karena koefisien konsentrat pasta buah naga merah tidak diketahui maka menggunakan Cpp pasta mangga (karena total padatan yang hampir sama) T1 = 75 C 5.2.6 Kesetimbangan pindah panas U = 4000 W/ m 2 C A = 20 m 2 Hp = Cpp (T1-0 C) Hp = 2,3 kj/ kg C (75-0) C Hp = 172,5 kj/ kg Q = U. A (Ts T1) Q = (ms. Hvs) (ms. Hcs) (Ts) 6
Q = Q U. A (Ts T1) = (ms. Hvs) (ms. Hcs) 4000 W/ m 2 C. 20 m 2. (103,4578 75) C = ms (2681,39 433,638) kj/ kg 2276,624 kw/ m 2 = 2247,752 kj/ kg. ms ms = 1,013 kg/s 5.2.7 Kesetimbangan entalpi (mf. Hf) + (ms. Hvs) = (mv. Hv1) + (mp. Hp) + (ms. Hcs) (25/34 mv. 58,5 kj/ kg) + (1,013 kg/s. 2681,39 kj/ kg) = (mv. 2635,3 kj/ kg) + (9/34 mv. 172,5 kj/ kg) + (1,013 kg/s. 433,67 kj/ kg) -2637,947 kj/kg mv = -2276,94 kj/s mv = 0,8631 5.2.8 Steam economy Steam economy menyatakan besar kalor yang terbuang selama proses evaporasi. Semakin nilai steam economy mendekati 1 maka semakin sedikit kalor yang terbuang selama proses evaporasi. Steam economy = mv/ms Steam economy = 0,8631/ 1,031 Steam economy = 0,852 Proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah memiliki nilai steam economy yang cukup baik, yaitu 0,852. Nilai tersebut menyatakan bahwa selama proses evaporasi pada pengolahan jus buah naga merah menjadi pasta buah naga merah hanya sedikit kalor (panas) yang terbuang. Hal ini menyatakan tingkat efisiensi proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah cukup besar. 6 Kesimpulan dan Saran 6.1 Kesimpulan Proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah memiliki nilai steam economy yang cukup baik, yaitu 0,852. Nilai tersebut menyatakan bahwa selama proses evaporasi hanya sedikit kalor (panas) yang terbuang. Hal ini menyatakan tingkat efisiensi proses evaporasi pada pembuatan pasta buah naga merah cukup besar. Selain itu, proses evaporasi sangat penting dalam proses pembuatan pasta buah naga karena pada proses evaporasi menentukan tingkat kekentalan (viskositas) dari pasta buah naga yang akan dihasilkan. 6.2 Saran Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, selama proses evaporasi masih terdapat kalor (panas) yang terbuang. Hal ini dapat ditingkatkan agar kalor (panas) yang terbuang dapat lebih sedikit sehingga tingkat efisiensi selama produksi pasta buah naga dapat lebih tinggi. Selain itu, perhitungan dapat dilanjutkan sesuai dengan proses lainnya sehingga diperoleh hasil yang lebih baik dan akurat. 7
Referensi Chin, S. C., & Hernandez, E. (1997). Chapter 6: Design and Performance Evaluation of Evaporation. In K. J. Valentas, E. Rotstein, & R. P. Singh, Handbook of Food Engineering Practise (pp. [PDF] 217-258). USA: CRC Press. Panjuantiningrum, F. (2009). Pengaruh pemberian buah naga merah (Hylocereus polyrhizus) terhadap kadar glukosa darah tikus putih yang diinduksi aloksan. Universitas Sebelas Maret: Masters thesis. Process Engineering GEA Wieganth GmBH. (Tanpa tahun). Evaporation Technology. Jerman: GEA Wienganth GmBH. Singh, R. P., & Heldman, R. D. (2009). Introduction of Food Engineering 4th Edition. USA: Academic Press (AP): Elsevier. Toledo, R. T. (2007). Fundamentals of Food Process Engineering 3rd Edition. ISBN: 978-0-387-29241-0: Springer. 8