BAB 2 STUDI KARAKTERISTIK PENGERINGAN SIMPLISIA. Pendahuluan

BAB 2 STUDI KARAKTERISTIK PENGERINGAN SIMPLISIA Pendahuluan Pengeringan merupakan proses pengeluaran air dari dalam bahan secara termal untuk menghasilkan produk kering. Pengeringan sudah dikenal sejak dulu sebagai salah satu metode pengawetan produk bahan pertanian. Proses ini dipengaruhi oleh kondisi eksternal yaitu suhu, kelembaban, kecepatan dan tekanan udara pengering serta kondisi internal seperti kadar air, bentuk/geometri, luas permukaan dan keadaan fisik bahan. Setiap kondisi yang berpengaruh di atas dapat menjadi faktor pembatas laju pengeringan (Brooker et al. 1981). Pengeringan merupakan metode pengawetan produk yang cukup kompleks terutama disebabkan oleh adanya perubahan yang tidak diinginkan atas kualitas produk keringnya (Madamba et al. 1996; Mujumdar & Menon 1995). Tujuan dasar dalam pengeringan produk pertanian adalah pengurangan air dalam bahan sampai ke tingkat tertentu, di mana mikroba pembusuk dan kerusakan akibat reaksi kimia dapat diminimalisasi (Rizvi 2005), sehingga kualitas produk keringnya dapat dipertahankan. Salah satu produk pertanian yang memerlukan proses pengeringan adalah tanaman obat temu putih (Curcuma zedoaria (Berg.) Rosc.) dan temu lawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb.) yang termasuk ke dalam suku Zingiberaceae. Bagian tanaman ini yang digunakan sebagai bahan baku obat tradisional atau lebih dikenal dengan jamu adalah umbi akar (rhizome) berupa irisan yang dikeringkan, disebut simplisia. Kadar air rimpang temu putih dan temu lawak pada saat dipanen berkisar 80-90%, angka ini cukup tinggi sehingga komoditas ini mudah rusak bila tidak segera diolah atau dikeringkan. Menurut Farmakope Herbal Indonesia (Depkes 2008) dan Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 661/Menkes/SK/VII/1994 tentang Persyaratan Obat Tradisional, standar kadar air maksimum simplisia adalah 10%. Pada umumnya petani dan pedagang pengumpul melakukan pengeringan dengan cara penjemuran yang rawan kontaminasi. Selain itu tingkat suhu dan kelembaban penjemuran tidak cukup memadai sehingga sulit untuk mencapai standar kadar air yang disyaratkan. Untuk

10 meningkatkan kualitas hasil pengeringan maka cara pengeringan dengan penjemuran alami harus diganti dengan teknik pengeringan yang lebih modern. Untuk itu informasi tentang karakteristik pengeringan dan sifat-sifat termofisik setiap produk secara spesifik termasuk temu putih dan temu lawak harus diketahui, hal ini diperlukan dalam membuat desain rancangan proses dan peralatan pengeringannya. Studi tentang perilaku pengeringan tanaman obat dan herbal telah menjadi topik yang menarik bagi berbagai peneliti, antara lain jahe (Balladin et al. 1996), paprika hijau dan bawang (Kiranoudis et al. 1992), bawang (Shaarma et al. 2005), wortel (Doymaz 2004), teh hitam (Panchariya et al. 2002; Temple & Boxtel 1999), daun ketumbar (Ahmed et al. 2001), daun mint (Park et al. 2002), dan rosehip (Erenturk et al. 2004). Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh kondisi suhu, kelembaban relatif dan laju udara pengeringan terhadap karakteristik pengeringan, menentukan model matematis pengeringan serta mengkaji pengaruh kondisi pengeringan terhadap konstanta pengeringan lapisan tipis temu putih dan temu lawak. Tinjauan Pustaka Teori Pengeringan Pengeringan adalah proses penguapan air dari bahan yang dikeringkan dengan memberikan panas atau energi. Panas yang disuplai dapat melalui cara konveksi, konduksi dan radiasi. Lebih dari 85% pengering industri merupakan tipe konveksi dengan medium udara panas atau gas buang. Panas diberikan pada lapisan batas bahan yang dikeringkan dan selanjutnya terdifusi kedalam bahan secara konduktif. Air dalam bahan akan bergerak ke lapisan batas dan kemudian menguap dan dibawa oleh udara pengeringan (Mujumdar & Menon 1995). Air yang diuapkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Laju penguapan air bebas sebanding dengan perbedaan tekanan uap pada permukaan air terhadap tekanan uap pengering (Henderson & Perry 1976). Bila konsentrasi air permukaan cukup besar, maka akan terjadi laju penguapan yang konstan.

11 Air bebas adalah bagian air yang terdapat pada permukaan bahan, dapat digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya serta dijadikan sebagai media reaksi-reaksi kimia. Air bebas dapat dengan mudah diuapkan pada proses pengeringan. Untuk menguapkan air bebas diperlukan energi yang lebih kecil daripada menguapkan air terikat. Air terikat dibagi menjadi dua, yaitu air yang terikat secara fisik dan air yang terikat secara kimiawi. Air yang terikat secara fisik merupakan bagian air yang terdapat dalam jaringan matriks bahan karena adanya ikatan-ikatan fisik. Apabila kandungan ini diuapkan maka pertumbuhan mikroba, reaksi pencoklatan (browning), hidrolisis atau oksidasi lemak dapat dikurangi. Bila air permukaan telah habis, maka akan terjadi migrasi air dan uap dari bagian dalam ke permukaan secara difusi (Hall 1957; Henderson & Perry 1976). Difusi air atau uap air dalam bahan dapat terjadi melalui satu atau beberapa mekanisme berikut (Jangam & Mujumdar 2010): Difusi cair (liquid diffusion), jika suhu bahan berada di bawah suhu titik didih (boiling point) cairan Difusi uap air (vapor diffusion), jika air menguap di dalam bahan Difusi Knudsen, jika pengeringan terjadi pada suhu dan tekanan yang sangat rendah seperti pada proses pengeringan beku Difusi permukaan (surface diffusion), mungkin terjadi walaupun belum terbukti Perbedaan tekanan hidrostatis (hydrostatic pressure differences), terjadi ketika laju penguapan internal lebih besar daripada laju transfer uap air dari bahan ke lingkungan Kombinasi dari mekanisme di atas. Struktur fisik bahan yang dikeringkan mengalami perubahan sepanjang waktu pengeringan sehingga mekanisme penguapan juga dapat berubah. Pengeringan merupakan operasi yang kompleks yang melibatkan fenomena transfer panas dan massa secara simultan. Proses ini dapat menyebabkan terjadinya perubahan fisik dan kimiawi bahan. Perubahan secara fisik meliputi penyusutan, puffing, kristalisasi dan transisi gelas, sedangkan secara kimia menyebabkan perubahan warna, tekstur, bau dan sifat-sifat bahan lainnya.

12 Pengeringan merupakan unit operasi dengan tingkat konsumsi energi tinggi dan bersaing dengan proses destilasi sebagai the most energy-intensive unit operation sehubungan dengan tingginya panas laten penguapan air dan ketidakefisienan (inherent inefficiency) dari penggunaan udara panas sebagai media pengeringan pada umumnya (Jangam & Mujumdar 2010). Pada proses pengeringan terdapat dua jenis laju pengeringan, yaitu laju pengeringan konstan (constant rate) dan laju pengeringan menurun (falling rate). Grafik laju pengeringan ini dapat dilihat pada Gambar 2-1. Menurut Brooker et al. (1981) laju pengeringan konstan terjadi pada awal proses pengeringan produk dengan kadar air lebih besar dari 70% bb. dan merupakan fungsi dari suhu, kelembaban udara, dan kecepatan udara pengering. Umumnya laju pengeringan konstan merupakan periode yang singkat sehingga dapat diabaikan dalam proses pengeringan (Henderson & Perry 1976). A B C M D E Gambar 2-1. Kurva pengeringan (Hall 1957) t Laju pengeringan menurun terjadi setelah akhir laju pengeringan konstan, dimana kadar air bahan pada perubahan laju pengeringan ini disebut kadar air kritis (critical moisture content) (Hall 1957; Henderson & Perry 1976). Laju pengeringan menurun sering dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap laju pengeringan menurun pertama dan tahap laju pengeringan menurun kedua. Tahap

13 laju pengeringan menurun pertama terjadi pada saat berkurangnya permukaan bahan yang basah karena kecepatan pergerakan air dari dalam lebih kecil dibandingkan kecepatan penguapan di permukaan (Heldman & Singh 1981). Sedangkan laju pengeringan menurun kedua terjadi pada saat bagian dalam bahan menguap dan uap air berdifusi ke permukaan. Gambar laju pengeringan konstan dan laju pengeringan menurun dapat dilihat pada Gambar 2-2, dimana: A-B : periode pemanasan B-C : laju pengeringan konstan C : kadar air kritis C-D : periode penurunan laju pengeringan pertama D-E : periode penurunan laju pengeringan kedua dm/dt Laju pengeringan menurun Laju pengeringan tetap C B A LP D Me E M Gambar 2-2. Kurva karakteristik laju pengeringan (Hall 1957) Kadar air kritis adalah kadar air terendah dimana laju air bebas dari dalam bahan ke permukaan tidak terjadi lagi. Pada periode laju pengeringan menurun terjadi penurunan tekanan uap dari permukaan produk di bawah tekanan uap jenuh. Karena uap air secara terus menerus meninggalkan bahan, maka tekanan uap dalam bahan semakin kecil, yang berarti perbedaan tekanan uap antara bahan dengan udara disekitarnya semakin kecil. Kondisi tersebut akan menghasilkan penurunan pada laju pengeringan produk, sehingga disebut dengan laju pengeringan menurun.

14 Besarnya laju pengeringan berbeda-beda pada setiap bahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeringan tersebut adalah: 1. Bentuk bahan, ukuran, volume dan luas permukaan. 2. Sifat termofisik bahan, seperti: panas laten, panas jenis spesifik, konduktifitas termal dan emisivitas termal. 3. Komposisi kimia bahan, misalnya kadar air awal 4. Keadaan diluar bahan, seperti suhu, kelembaban udara Pada Gambar 2-3 terlihat beberapa tipe kurva pengeringan yang umum digunakan dalam menggambarkan proses pengeringan (Kemp et al. 2001). Gambar 2-3. Kurva Pengeringan (Kemp et al. 2001) Kadar Air Keseimbangan Kadar air keseimbangan didefinisikan sebagai nilai kandungan air bahan pada saat tekanan uap air di permukaan bahan seimbang dengan tekanan uap air lingkungannya (Hall 1957). Konsep kadar air kesimbangan ini penting dalam mempelajari proses pengeringan karena akan menentukan kadar air minimum yang dapat dicapai pada kondisi pengeringan tertentu (Brooker et al. 1981). Jika tekanan uap air di permukaan bahan lebih besar dari udara sekitar akan terjadi pelepasan air dari bahan ke udara (proses desorspsi), sedangkan pada keadaan sebaliknya terjadi penyerapan air oleh bahan (proses adsorpsi). Brooker

et al. (1981) menyebutkan bahwa dalam kondisi seimbang laju desorpsi sama dengan adsorpsi. Kondisi keseimbangan ini spesifik untuk setiap jenis bahan pada kelembaban nisbi dan suhu tertentu. Henderson menggambarkan hubungan antara kadar air keseimbangan dengan kelembaban nisbi dan suhu adalah sebagai berikut (Brooker et al. 1981): 1 - RH = exp (- c T Me n ) (2.1) Kurva persamaan di atas ditampilkan dalam hubungan kadar air keseimbangan terhadap kelembaban nisbi pada suhu tertentu. Persamaan Henderson banyak dipakai termasuk dalam penelitian ini karena bentuknya sederhana walupun demikian persamaan tersebut cukup representatif. Model matematika pengeringan lapisan tipis Henderson & Perry (1976) menyatakan bahwa pengeringan lapisan tipis adalah pengeringan dimana semua bahan yang terdapat dalam lapisan menerima secara langsung aliran udara dengan suhu dan kelembaban relatif yang konstan, dimana kadar air dan suhu bahan seragam. Pengeringan rimpang temu putih menggunakan metode lapisan tipis karena semua permukaan bahan menerima langsung panas yang berasal dari udara pengering. Untuk menduga perubahan kadar air bahan selama pengeringan lapisan tipis, dikembangkan model matematika baik secara teoritis, semi teoritis dan empiris. Luikov (1966) dalam Brooker et al. (1981) telah mengembangkan model matematik dalam bentuk persamaan diferensial untuk menggambarkan proses pengeringan dari produk hasil pertanian sebagai berikut: δm δt = 2 K 1.1 M + 2 K 1.2 T + 2 K 1.3 P δt δt = 2 K 2.1 M + 2 K 2.2 T + 2 K 2.3 P δp δt = 2 K 3.1 M + 2 K 3.2 T + 2 K 3.3 P (2.2) Mekanisme perpindahan massa dalam bahan pertanian adalah kompleks. Pengeringan bahan-bahan biologik pada umumnya mengikuti periode laju pengeringan menurun. Pada periode ini perpindahan air atau uap air dikendalikan secara difusi. Dengan menganggap bahwa resistensi perpindahan air tersebar 15

secara merata didalam bahan yang homogen, analogi hukum Newton untuk pendinginan pada persamaan (2.3) dipakai untuk analisis pengeringan. dm dt = k M M e (2.3) Dalam persamaan ini diasumsikan bahwa sampel cukup tipis dan kecepatan udara tinggi (minimum 0.3 m/s), suhu dan kelembaban udara yang melalui bahan dijaga tetap konstan. Pengeringan lapisan tipis didasarkan pada pengeringan bahan yang sepenuhnya terbuka terhadap hembusan udara yang menyebabkan semua bahan dalam lapisan tersebut mengalami pengeringan secara seragam (ASABE 2006). Persamaan (2.3) dapat diintegralkan menjadi (Palipane & Driscoll 1994; Pahlavanzadeh et al. 2001; Doymaz & Pala 2003): MR = M M e M 0 M e = a exp k t (2.4) Konstanta pengeringan merupakan karakteristik bahan dalam mempertahankan air yang terkandung didalamnya terhadap pengaruh udara panas. Konstanta pengeringan dinyatakan sebagai persatuan waktu (1/menit atau 1/jam). Makin tinggi nilai konstanta pengeringan makin cepat suatu bahan membebaskan airnya. Konstanta pengeringan (k) dalam sistem pengeringan lapis tipis tergantung pada kondisi bahan (kadar air, suhu dan geometri bahan) dan kondisi pengeringan (suhu, kelembaban dan laju aliran udara pengering). Model pengeringan lapisan tipis membedakan perilaku pengeringan bahanbahan biologik dalam tiga kategori, yaitu teoritis, semi-teoritis dan empiris. Model semi-teoritis pada umumnya diperoleh dari penyederhanaan deret umum dari solusi hukum Fick kedua atau modifikasi dari penyederhanaan model dan berlaku (valid) pada selang suhu, kelembaban nisbi dan kecepatan udara dimana model dibangun (Ozdemir & Derves 1999). Diantara model-model pengeringan lapisan tipis (Tabel 2-1), model Lewis, Henderson-Pabis, two-term dan model Page adalah yang paling sering digunakan (Akpinar et al. 2003; Madamba et al. 1996). Model-model semi teoritis dan empiris ini pada umumnya dapat menjelaskan proses pengeringan lapisan tipis secara memuaskan (Sarsavadia et al. 1999; Rizvi 2005). 16

17 Tabel 2-1. Model-model persaman matematis pengeringan lapisan tipis (Ertekin & Yaldiz 2004; Ceylan et al. 2007) No Model Persamaan 1 Lewis MR = exp( k t) 2 Henderson-Pabis MR = a exp( k t) 3 Page MR = exp( kt n ) 4 Modified Page MR = exp( k t ) n 5 Logarithmic MR = a exp( k t) + c 6 Two-term MR = a exp( k 1 t) + b exp(- k 2 t) 7 Wang and Singh MR = 1 + a t + b t 2 Pengeringan Simplisia Simplisia merupakan produk pertanian yang setelah melalui proses panen dan pasca panen menjadi produk sediaan kefarmasian untuk dipakai atau diproses lebih lanjut. Simplisia juga dibuat untuk pemenuhan stok dalam proses produksi. Proses pembuatan simplisia mempengaruhi mutu simplisia yang mencakup komposisi zat atau bahan aktif, kadar air akhir, kontaminasi dan keawetan. Secara teknis kegiatan pasca panen diawali dengan proses pengangkutan hasil panen, sortasi, pengupasan, pencucian, perajangan, pengeringan, pengepakan, penyimpanan. Pasca panen sebagai mata rantai proses untuk memperoleh jaminan mutu bagi simplisia, secara umum sangat dipengaruhi oleh (1) kandungan air bahan, (2) suhu (pemanasan) selama proses pengeringan, (3) sinar ultra violet dan (4) ph pada saat enzim di dalam jaringan bahan masih dalam kondisi aktif (Pantastico et al. 1975). Ketika tanaman dipanen, aktivitas metabolisme yang terjadi di dalam tanaman berhenti, tetapi komponen-komponen kimia seperti enzim (hidrolase, oksidase, polymerase) yang tertinggal pada jaringan bahan yang dipanen belum berhenti. Enzim memiliki sifat tidak tahan terhadap pemanasan. Aktifitas enzim dapat dihentikan dengan melakukan proses blansir (blanching) terlebih dahulu sebelum pengeringan (Ertekin & Yaldiz 2004). Kerusakan fisik dapat terjadi karena aktivitas air yang kurang terkontrol sehingga menimbulkan cemaran, khususnya mikroba. Proses pengeringan dengan menggunakan sinar matahari atau oven merupakan alternatif lain untuk menghentikan aktivitas enzim dan mencegah timbulnya cemaran mikroba. Tetapi beberapa bahan mudah rusak jika dikeringkan

18 langsung dibawah paparan sinar matahari yang mengandung sinar ultra violet, misalnya bahan yang mengandung minyak atsiri, pro-vitamin A dan zat antioksidan. Demikian juga dengan suhu pengeringan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kandungan zat aktif dalam bahan berkurang bahkan hilang. Pengaturan suhu selama proses pengeringan merupakan salah satu kunci keberhasilan dalam menghasilkan simplisia yang baik, secara fisik maupun kimia. Untuk memperoleh kualitas optimal, Farmakope Herbal Indonesia menyatakan pengeringan sebaiknya dilakukan pada suhu tidak lebih dari 60 o C (Depkes 2008). Studi tentang perilaku pengeringan tanaman obat telah menjadi topik yang menarik bagi berbagai peneliti, antara lain jahe (Balladin et al. 1996), paprika hijau dan bawang (Kiranoudis et al. 1992), bawang (Shaarma et al. 2005), wortel (Doymaz 2004), teh hitam (Panchariya et al. 2002; Temple & Boxtel 1999), daun ketumbar (Ahmed 2001), daun mint (Park et al. 2002), dan rosehip (Erenturk et al. 2004). Izadifar & Baik (2007) melakukan studi tentang pengeringan akar tanaman obat Podophyllum peltatum. Studi yang komprehensif tentang karakteristik pengeringan lapisan tipis rimpang tanaman obat temu putih dan temu lawak belum dilakukan. METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa Departemen Teknik Pertanian, Fateta IPB Bogor pada bulan Maret 2009 hingga Juni 2010. Bahan dan Alat Bahan yang dipakai dalam penelitian ini adalah rimpang temu putih dan temu lawak yang diperoleh dari Kebun Percobaan Balittro Bogor. Alat-alat yang digunakan antara lain: pengering laboratorium terkendali-terakuisisi, timbangan digital model AQT 200 (kapasitas 200 gram dan ketelitian 1 gram), oven Ikeda Scientific SS204D, desikator, anemometer Kanomax A541 dan seperangkat pengolah data.

19 Pengering Laboratorium Alat pengering laboratorium didesain dan dibuat memenuhi standar untuk percobaan lapisan pengeringan tipis dimana suhu dan kelembaban nisbi (RH) dapat dijaga konstan (Lampiran 1). Pengontrolan kondisi pengeringan dilakukan dengan kontrol PID dengan akurasi suhu ± 1 o C dan RH ± 2% sesuai dengan standar (ASABE 2006). Kondisi pengeringan yang dapat dilakukan berada pada selang suhu 30-80 o C dan RH 20-90%. Sensor suhu dan RH menggunakan SHT15 keluaran Sensirion. Secara keseluruhan alat pengering dikontrol oleh mikroprosesor AVR Atmel. Alat ini dilengkapi juga dengan sistim humidifier 2000 W, sistim pemanas 2000 W, kipas elektrik dan dehumidifier. Kecepatan udara pengering yang melalui ruang pengering (drying chamber) yang berdimensi 35 cm 35 cm 35 cm dikontrol secara manual dan diukur dengan menggunakan anemometer digital Kanomax dengan akurasi ± 0.1 m/s. Skema alat pengering terlihat pada Gambar 2-4.. Gambar 2-4. Skema fungsional (kiri) alat pengering laboratorium (kanan) Prosedur Percobaan Bahan berupa rimpang temu putih dan temu lawak dibersihkan, dicuci dan diiris melintang dengan menggunakan pisau. Sebelum dikeringkan, irisan temu putih dan temu lawak direndam dahulu dalam air dengan suhu 95 o C (diblansir) selama 5 menit (Ertekin & Yaldiz 2004). Sampel temu putih kemudian diletakkan

pada wadah sedemikian rupa dalam bentuk lapisan tipis. Tebal irisan sampel sekitar 3-4 mm dan berat sampel setiap pengeringan berkisar 150 gram. Pada setiap percobaan, alat pengering dihidupkan sekitar setengah sampai satu jam sebelum percobaan dimulai untuk menstabilkan ruangan pengering sesuai dengan kondisi percobaan yang diinginkan. Kondisi percobaan pengeringan lapisan tipis temu putih yang dilakukan adalah pada suhu 40, 50, 60 dan 70 o C dengan RH 20%, 40%, 60%, dan 80% serta laju aliran udara pengering v 1 (-0.9 m/s) dan v 2 (-0.3 m/s) (Tabel 2.2) sedangkan untuk pengeringan temu lawak dilakukan pada suhu 50, 60 dan 70 o C serta RH 20%, 30% dan 40% (Tabel 2.3). Tabel 2-2. Kondisi percobaan pengeringan lapisan tipis temu putih Suhu RH 20% 40% 60% 80% * 40 o C 50 o C 60 o C 70 o C Laju alira udara v 1 (-0.9 m/s) - v 2 (-0.3 m/s) * ) hanya v 1 Tabel 2-3. Kondisi percobaan pengeringan lapisan tipis temu lawak Suhu RH 20% 30% 40% 50 o C 60 o C 70 o C Laju aliran udara -0.9 m/s Berat dan suhu bahan serta suhu dan kelembaban udara pengering dimonitor secara kontinu dan direkam datanya setiap 5 menit selama percobaan. Perubahan berat sampel diukur langsung secara otomatis dengan menggunakan timbangan GF-3000 A&D dengan kapasitas 0 3000 g dan akurasi 1 g. Percobaan dihentikan setelah berat sampel konstan. Kadar air akhir percobaan ditentukan dengan mengeringkan sampel selama 24 jam pada suhu 103 ± 2 o C dengan memakai oven (Kashaninejad et al. 2003). 20

21 Model Matematika berikut: Besarnya laju pengeringan selama percobaan dihitung dengan persamaan Laju pengeringan = M t+dt M t dt (2.5) dimana M t dan M t+dt masing-masing adalah kadar air pada saat t dan kadar air pada saat t + dt (kg uap air/kg bahan kering), t adalah waktu pengeringan (menit) (Erenturk et al., 2004). Hubungan antara konstanta dari model matematik terbaik dengan variabel pengeringan yaitu suhu dan kelembaban juga akan ditentukan. Beberapa model akan dipakai untuk menjelaskan kesesuaian (fitted) model terhadap data pengeringan yang didapatkan, yaitu model Lewis, Henderson-Pabis dan Page (lihat Tabel 2.1). Untuk menentukan model persamaan terbaik dipakai kriteria coefficient of determination (COD atau R 2 ) (Lee et al. 2004) sedangkan untuk menghitung keragaman dalam kurva pengeringan digunakan standard error (SE) (Menges & Ertekin 2006). Nilai R 2 menunjukkan kemampuan model (the ability of the model) dengan nilai tertingginya adalah 1. Nilai SE menunjukkan deviasi antara hasil hitung terhadap data pengukuran, nilai yang diinginkan adalah mendekati nol. Kedua kriteria tersebut digunakan untuk menentukan ketepatan model (the goodness of the fit), semakin tinggi nilai R 2 dan semakin kecil nilai standard error (SE) maka model semakin tepat. Persamaan kriteria statistik tersebut adalah sebagai berikut: SE = N i=1 MR exp,i MR pre,i 2 N n (2.6) R 2 = 1 N i=1 N i=1 MR exp,i MR pre,i 2 MR exp,i MR exp 2 (2.7) dimana MR exp,i adalah rasio kadar air percobaan ke-i, MR pre,i adalah rasio kadar air hitung ke-i, N adalah jumlah pengamatan, n adalah jumlah konstanta dalam model pengeringan dan MR exp adalah nilai rata-rata dari rasio kadar air percobaan. Hubungan konstanta dan koefisien dari model yang terbaik dengan parameter

22 pengeringan, dalam hal ini suhu, ditentukan dengan menggunakan teknik regresi (Menges & Ertekin 2006; Midili & Kucuk 2003a). Model pengeringan yang dipilih adalah model dengan nilai R 2 tertinggi serta SE terkecil, persamaan tersebut merupakan model terbaik dalam mewakili data percobaan pengeringan lapisan tipis temu putih dan temu lawak. Penentuan Konstanta Pengeringan Konstanta pengeringan pada persamaan (2.4) ditentukan dengan metode regresi non-linier berdasarkan data percobaan pengeringan dengan bantuan program CurveExpert versi 1.40. Program ini menggunakan metode Levenberg- Marquardt (LM) untuk pemecahan regresi non-linear. Metode LM merupakan kombinasi metode steepest-descent dengan metode ekspansi deret Taylor. Penjelasan tentang metode regresi non linier ini terdapat pada Lampiran 8. Kadar air keseimbangan (M e ) temu putih ditentukan dari kadar air akhir pengeringan (Kashaninejad et al. 2007). Nilai ini digunakan untuk menghitung rasio kadar air (MR) berdasarkan persamaan berikut: MR = M M e M 0 M e (2.8) HASIL DAN PEMBAHASAN Kinetika Pengeringan Temu Putih Plot data pengeringan lapisan tipis temu putih terlihat pada Gambar 2-5 yang menunjukkan pengaruh kelembaban terhadap kadar air pada suhu tetap, sedangkan Gambar 2-6 menunjukkan pengaruh suhu pengeringan pada RH tetap. Gambar 2-7 dan 2-8 memperlihatkan waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan pada berbagai suhu dan RH. Baik suhu dan RH berpengaruh terhadap waktu pengeringan, semakin tinggi suhu dan semakin rendah RH, maka waktu untuk mencapai keseimbangan semakin cepat. Dari kurva pengeringan juga terlihat bahwa proses pengeringan berjalan cepat pada saat awal pengeringan yang ditandai dengan menurunnya kurva secara tajam dan kemudian semakin melambat di akhir pengeringan.

23 Gambar 2-9 menunjukkan pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut waktu pada RH tetap, sedangkan Gambar 2-10 menunjukkan pengaruh RH pengeringan terhadap laju pengeringan menurut waktu pada suhu tetap. Kurva laju pengeringan menurut waktu memperlihatkan bahwa pada saat awal proses pengeringan, laju pengeringan tinggi dan semakin melambat pada akhir pengeringan. Hal ini identik dengan umumnya kurva pengeringan yaitu akibat masih tingginya kadar air bahan pada saat awal pengeringan. 40 C, 80% 40 C, 60% 40 C, 40% MR () 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% 0 120 240 360 480 600 720 840 0 60 120 180 240 300 360 420 MR () 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-5. Kurva pengeringan temu putih pada suhu 40 o C (atas kiri), 50 o C (atas kanan) dan 60 o C (bawah)

24 MR () Time (min) 60 C, 20% 50 C, 20% MR () 60 C, 40% 50 C, 40% 40 C, 40% 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360 420 MR () 60 C, 60% 50 C, 60% 40 C, 60% 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-6. Kurva pengeringan temu putih pada RH 20% (atas kiri), 40% (atas kanan) dan 60% (bawah) 600 500 400 40 C 50 C 60 C 300 200 100 0 40% Relative humidity 60% Gambar 2-7. Pengaruh suhu terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar air keseimbangan temu putih pada RH 40% & 60%

Time (min) 25 600 500 400 300 20% 40% 60% 200 100 0 50 C Temperature 60 C Gambar. 2-8. Pengaruh RH terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar air keseimbangan temu putih pada suhu 50 & 60 o C Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 20% 50 C, 20% 0 60 120 180 240 300 360 Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 40% 50 C, 40% 40 C, 40% 0 60 120 180 240 300 360 420 Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 60% 50 C, 60% 40 C, 60% 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-9. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut waktu pada RH 20% (atas kiri), 40% (atas kanan) dan 60% (bawah)

26 Laju pengeringan (g/mnt) 0 60 120 180 240 300 360 420 Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% Laju pengeringan (g/min) 0 60 120 180 240 300 360 420 40 C, 80% 40 C, 60% 40 C, 40% 0 120 240 360 480 600 720 840 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% Gambar 2-10. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut waktu pada suhu 60 o C (atas kiri), 50 o C (atas kanan) dan 40 o C (bawah) Gambar 2-11 adalah grafik yang menunjukkan pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air (MR) pada RH tetap, sedangkan Gambar 2-12 pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air (MR) pada suhu tetap. Sebagaimana kurva laju pengeringan menurut waktu, baik suhu maupun RH mempunyai pengaruh terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air, semakin tinggi suhu dan semakin rendah RH maka laju pengeringan semakin tinggi. Pengaruh perbedaan RH terhadap laju pengeringan cenderung terlihat lebih besar daripada perbedaan suhu. Gambar 2-13 memperlihatkan pengaruh laju aliran udara pengeringan terhadap waktu pengeringan dan laju pengeringan. Laju aliran udara pengering yang tinggi v 1 (-0.9 m/s) cenderung membuat laju pengeringan yang tinggi pula sehingga proses pengeringan lebih cepat dibandingkan dengan laju aliran v 2 yang rendah (-0.3 m/s) dan sebaliknya.

27 Dari semua kurva laju pengeringan pada berbagai kondisi pengeringan tidak terlihat adanya laju pengeringan tetap atau konstan sehingga dapat dikatakan bahwa pengeringan temu putih berlangsung pada periode laju pengeringan menurun (the falling rate period). Pada fase ini difusi merupakan mekanisme pengontrol utama pergerakan air/uap air dalam bahan sebagaimana hal yang sama dilaporkan oleh Lee et al. (2004) untuk irisan rimpang chicory dan Ahmed et al. (2001) dalam studi pengeringan daun ketumbar (corriander leaves). Laju pengeringan (g/mnt). 60 C, 20% 50 C, 20% Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 60% 50 C, 60% 40 C, 60% Gambar 2-11. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut MR pada RH 20% (atas kiri), 40% (atas kanan) dan 60% (bawah) Laju Pengeringan (g/mnt) 60 C, 40% 50 C, 40% 40 C, 40%

28 Laju pengeringan (g/mnt) 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% Laju pengeringan (g/mnt) 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% Laju pengeringan (g/mnt) 40 C, 80% 40 C, 60% 40 C, 40% Gambar 2-12. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut MR pada suhu 60 o C (atas kiri), 50 o C (atas kanan) dan 40 o C (bawah) MR suhu 50, RH 40%, v1 suhu 50, RH 40%, v2 0 120 240 360 480 600 Laju Pengeringan (%bk/menit) 5 4 3 2 1 0 suhu 50, RH 40%, v1 suhu 50, RH 40%, v2 0 120 240 360 480 600 KA (%bk) Gambar 2-13. Pengaruh laju aliran udara pengeringan (v 1 dan v 2 ) terhadap waktu pengeringan (kiri) dan laju pengeringan (kanan)

29 Kadar Air Keseimbangan Temu Putih Kadar air keseimbangan adalah tingkat keseimbangan dinamis kadar air bahan dengan lingkungan, dimana laju perpindahan uap air dari dan ke permukaan bahan sama besar. Nilai kadar air keseimbangan ditentukan dari kadar air akhir percobaan pada berbagai kondisi pengeringan, yaitu pada saat berat sampel sudah tidak lagi mengalami perubahan. Nilai kadar air keseimbangan pada berbagai nilai RH pada suhu yang sama akan membentuk satu garis yang dikenal sebagai kurva sorpsi isotermis (Gambar 2-14). Kelembaban nisbi pada suhu dan kadar air keseimbangan tertentu disebut dengan kelembaban nisbi keseimbangan (ERH) (Brooker et al. 1981). Pada Tabel 2-4 dicantumkan nilai kadar air keseimbangan temu putih pada berbagai suhu dan kelembaban nisbi udara pengeringan. Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggi suhu pengeringan maka kadar air keseimbangan semakin rendah dan sebaliknya. Berlawanan dengan suhu, semakin tinggi kelembaban nisbi (RH) udara pengering maka kadar air keseimbangan akan semakin tinggi pula dan sebaliknya. Dengan kata lain untuk mendapatkan kadar air keseimbangan yang rendah diperlukan suhu udara pengeringan yang tinggi dan RH udara pengeringan yang rendah. 35 30 Kadar air (% bk.) 25 20 15 10 5 0 40 C 50 C 60 C 70 C 0 20 40 60 80 100 Kelembaban nisbi (%) Gambar 2-14. Kurva sorpsi isotermis kadar air keseimbangan temu putih

Tabel 2-4. Kadar air keseimbangan (% bb.) temu putih Suhu 40 o C 50 o C 60 o C 70 o C RH 40% 60% 80% 20% 40% 60% 20% 40% 60% 20% 40% v 1 (-0.9 m/s) 12.1 14.7 25.8 6.4 10.7 12.8 5.2 7.7 8.5 4.2 7.6 v 2 (-0.3 m/s) 17.6 25.9-8.4 14.2 20.7 7.1 9.6 15.2 5.6 9.0 30 Model Henderson pada persamaan (2.1) ditentukan dengan menggunakan regresi non-linier berdasarkan data percobaan pada Tabel 2-4. Nilai konstanta c dan n persamaan tersebut masing-masing adalah 173 dan 423 dengan koefisien korelasi (R 2 ) dan standard error (SE) masing-masing sebesar 5 dan 3.5, sehingga model persamaan Henderson untuk kadar air keseimbangan temu putih dapat dituliskan sebagai berikut: 1 - RH = exp (- 173 T Me 423 ) (2.9) Pada Tabel 2-5 dapat dilihat nilai kadar air keseimbangan hasil perhitungan pada berbagai kondisi suhu dan RH pengeringan berdasarkan model Henderson dan model terbaik (best-fit) dengan menggunakan program CurveExpert 1.40. Model Pengeringan Lapisan Tipis Temu Putih Model pengeringan lapisan tipis temu putih yang digunakan adalah model Lewis, Henderson-Pabis dan Page sebagaimana ditampilkan pada Tabel 2-1. Model-model ini dipakai karena masing-masing dapat mewakli model teoritis, semi teoritis dan empiris. Dalam pemodelan, semua data kadar air percobaan digunakan dalam bentuk kadar air basis kering. Data kadar air pada berbagai kondisi pengeringan dikonversi menjadi nilai rasio kadar air (MR) dan dipaskan (fitted) dengan model sehingga didapatkan kurva nilai MR dugaan model (predicted MR) terhadap waktu pengeringan. model-model tersebut kemudian dibandingkan secara statistik dengan menggunakan kriteria koefisien korelasi dan standard error. Hasil pemodelan pengeringan lapisan tipis temu putih berdasarkan model Lewis, Henderson-Pabis dan Page dapat dilihat pada Gambar 2-15, 2-16 dan 2-17. Dari gambar-gambar tersebut terlihat bahwa model Page adalah model persamaan yang paling baik dalam mewakili data percobaan pengeringan temu putih.

31 Tabel 2-5. Kadar air keseimbangan perhitungan dan pengukuran temu putih Suhu ( o C) 40 50 60 70 RH (%) KA Keseimbangan (Me) Pengukuran Henderson Best fit (% bk.) (% bb.) (% bk.) (% bb.) (% bk.) (% bb.) 20 - - 4.7 4.5 12.8 11.4 30 - - 7.4 6.9 13.1 11.6 40 13.8 12.1 1 9.4 13.8 12.1 50 - - 13.9 12.2 15.0 13.0 60 17.2 14.7 18.2 15.4 17.2 14.7 70 - - 23.7 19.1 22.0 18.0 80 34.8 25.8 31.3 23.8 34.8 25.8 20 6.8 6.4 4.6 4.4 6.8 6.4 30 - - 7.1 6.7 9.2 8.4 40 12.0 10.7 10.1 9.2 12.0 10.7 50 - - 13.5 11.9 14.4 12.6 60 14.7 12.8 17.7 15.0 14.7 12.8 20 5.5 5.2 4.4 4.2 5.5 5.2 30 - - 6.9 6.5 6.9 6.5 40 8.3 7.7 9.8 8.9 8.3 7.7 50 - - 13.1 11.6 9.2 8.4 60 9.3 8.5 17.2 14.6 9.3 8.5 20 4.4 4.2 4.3 4.1 4.4 4.2 30 - - 6.7 6.3 6.8 6.4 40 8.2 7.6 9.5 8.7 8.2 7.6 Hal ini juga didukung secara statistik dimana model Page memiliki rata-rata koefisien determinasi yang paling tinggi serta standard error yang paling rendah (Tabel 2-6). Model Page adalah model dengan nilai rata-rata R 2 yang paling tinggi dan standard error paling rendah yaitu 0.9990 dan 079 dibandingkan dengan 0.9924 dan 226 untuk model Henderson-Pabis serta 0.9879 dan 281 untuk model Lewis, sehingga model Page adalah persamaan yang paling mewakili karakteristik pengeringan temu putih. Model Page memiliki nilai R 2 dan SE masing-masing pada kisaran 0.9965-0.9999 dan 023-181, model Henderson-Pabis kisaran nilainya masing-masing 0.9793-0.9987 dan 112-440 sedangkan Model Lewis kisaran nilainya adalah masing-masing 0.9682-0.9968 dan 143-545. Pada model Lewis dan Page curve fitting terbaik terjadi pada suhu dan RH pengeringan 60 o C dan 20%, sedangkan model Henderson-Pabis pada suhu 70 o C dan RH 20%.

32 MR () 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% Model Lewis MR () 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% Model Lewis 0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-15. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Lewis MR () 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% Model H&P MR () 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% Model H&P 0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-16. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Henderson-Pabis MR () 50 C, 60% 50 C, 40% 50 C, 20% Model Page MR () 60 C, 60% 60 C, 40% 60 C, 20% Model Page 0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-17. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Page

33 Suhu ( o C) 40 50 60 Tabel 2-6. Evaluasi statistik model pengeringan simplisia temu putih RH Model Lewis Model H&P Model Page (%) R 2 SE R 2 SE R 2 SE 40 0.9962 144 0.9973 121 0.9978 110 60 0.9865 324 0.9910 265 0.9988 099 80 0.9682 545 0.9793 440 0.9965 181 20 0.9960 146 0.9975 116 0.9989 075 40 0.9865 301 0.9914 242 0.9994 070 60 0.9834 365 0.9895 292 0.9989 095 20 0.9968 143 0.9981 112 0.9999 023 40 0.9852 334 0.9905 270 0.9994 070 60 0.9811 388 0.9889 299 0.9993 074 20 0.9959 155 0.9987 126 0.9999 026 70 40 0.9911 250 0.9945 198 0.9997 047 Rata-rata 0.9879 281 0.9924 226 0.9990 079 Nilai konstanta untuk model Lewis, Henderson-Pabis dan Page pada berbagai kondisi pengeringan dapat dilihat pada Tabel 2-7. Persamaan Lewis dan Henderson-Pabis mempunyai nilai konstanta k yang hampir sama, hal ini dibedakan oleh pendekatan pada suku pertama dari pemecahan analitis persamaan umum difusi (8/π 2 ) dimana model Lewis mengansumsikan suku tersebut sama dengan satu (unity) (Zogzas & Maroulis 1996), sedangkan model Henderson- Pabis mengganti dengan konstanta a yang nilainya juga mendekati satu. Adanya konstanta a membuat model Henderson-Pabis lebih baik daripada model Lewis. Tabel 2-7. Nilai konstanta model pengeringan simplisia temu putih Suhu ( o C) 40 50 60 70 Model Model RH Model Page Lewis Henderson-Pabis (%) k k a k n 40 140 145 413 093 925 60 085 091 776 025 1.2486 80 037 041 1.1176 005 1.3599 20 241 252 473 143 1.1344 40 183 197 858 053 1.2917 60 095 103 909 023 1.2902 20 320 332 411 198 1.1320 40 201 217 864 058 1.3018 60 118 129 1.1060 025 1.3345 20 339 353 612 188 1.2015 40 225 239 920 088 1.2905

34 Konstanta Pengeringan Temu Putih Secara empiris nilai konstanta pengeringan (k) dalam satuan 1/menit didapatkan dengan menggunakan persamaan (2.4) atau dikenal juga dengan model Henderson-Pabis (Babalis dan Belessiotis, 2004; Lee et al., 2004), nilainya tertera pada Tabel 2.6. Besaran konstanta k dan a masing-masing bervariasi dari 041-353 1/menit, dan 411-1.1176. Konstanta pengeringan (k) merupakan koefisien yang berkaitan dengan nilai difusivitas bahan sehingga nilai konstanta pengeringan juga merupakan fungsi dari suhu udara pengeringan. Semakin tinggi suhu udara pengeringan maka semakin tinggi nilai konstanta pengeringan. Plot nilai konstanta pengeringan terhadap suhu ditampilkan pada Gambar 2-18. Konstanta k (1/menit) 5 4 3 2 1 RH 20% RH 40% RH 60% k Hitung 0 30 40 50 60 70 80 Suhu ( o C) Gambar 2-18. Kurva pengaruh suhu pengeringan terhadap konstanta pengeringan Untuk menyatakan hubungan antara konstanta pengeringan dan suhu pengeringan digunakan persamaan berikut: k = a exp (b T) (2.10) dimana a dan b merupakan konstanta persamaan dan T adalah suhu pengeringan. Gambar 2-18 memperlihatkan bahwa konstanta pengeringan meningkat secara eksponensial terhadap suhu pada setiap level RH udara pengeringan. Nilai konstanta a dan b diperoleh dengan regresi non-linier dan hasilnya tertera pada Tabel 2-8 bersama nilai koefisien determinasi dan standard error. Nilai R 2 bervariasi antara 7-0.98 dan tertinggi pada tingkat RH 60%. Pada Tabel 2-9

dapat dilihat konstanta pengeringan hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (2.10) dan konstanta pengeringan percobaan. Tabel 2-8. Nilai konstanta a dan b persamaan (2.15) RH a b R2 SE 20% 120 158 7 027 40% 088 147 0.91 014 60% 043 180 0.98 004 35 Tabel 2-9. Nilai k (1/menit) percobaan dan hasil perhitungan Suhu RH 20% RH 40% RH 60% k k hitung k k hitung k k hitung 40 o C - 226 145 158 091 088 50 o C 252 264 197 184 103 106 60 o C 332 310 217 213 129 127 70 o C 353 363 239 246-152 Kinetika Pengeringan Temu lawak Plot data pengeringan lapisan tipis temu lawak terlihat pada Gambar 2-19 yang menunjukkan pengaruh kelembaban terhadap kadar air pada suhu tetap, sedangkan Gambar 2-20 menunjukkan pengaruh suhu pengeringan pada RH tetap. Gambar 2-21 dan 2-22 memperlihatkan waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan pada berbagai suhu dan RH. Baik suhu dan RH berpengaruh terhadap waktu pengeringan, semakin tinggi suhu dan semakin rendah RH, maka waktu untuk mencapai keseimbangan semakin cepat. Dari kurva pengeringan juga terlihat bahwa proses pengeringan temu lawak berjalan cepat pada saat awal pengeringan yang ditandai dengan menurunnya kurva secara tajam dan kemudian semakin melambat diakhir pengeringan. Gambar 2-23 menunjukkan pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut waktu pada RH tetap. Kurva laju pengeringan menurut waktu memperlihatkan bahwa pada saat awal proses pengeringan, laju pengeringan tinggi dan semakin melambat pada akhir pengeringan. Hal ini identik dengan kurva pengeringan temu putih, disebabkan masih tingginya kadar air bahan pada saat awal pengeringan.

36 50 C, 40% 50 C, 30% 50 C, 20% 60 C, 40% 60 C, 30% 60 C, 20% 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360 70 C, 40% 70 C, 30% 70 C, 20% 0 60 120 180 240 300 360 Gambar 2-19. Kurva pengeringan temu lawak pada suhu 50 o C (atas kiri), 60 o C (atas kanan) dan 70 o C (bawah) 50 C, 20% 60 C, 20% 70 C, 20% 50 C, 30% 60 C, 30% 70 C, 30% 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360

37 50 C, 40% 60 C, 40% 70 C, 40% 0 60 120 180 240 300 360 Gambar 2-20. Kurva pengeringan temu lawak pada RH 20% (atas kiri), 30% (atas kanan) dan 40% (bawah) 500 400 300 200 100 20% 30% 40% 0 50 C 60 C 70 C Suhu Gambar. 2-21. Pengaruh suhu terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar air keseimbangan temu lawak 500 400 300 200 100 50 C 60 C 70 C 0 20% 30% 40% RH Gambar. 2-22. Pengaruh RH terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar air keseimbangan temu lawak

38 Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C, 20% 60 C, 20% 70 C, 20% 0 60 120 180 240 300 360 Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C, 30% 60 C, 30% 70 C, 30% 0 60 120 180 240 300 360 Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C,40% 60 C, 40% 70 C, 40% 0 60 120 180 240 300 360 420 Gambar 2-23. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan temu lawak menurut waktu pada RH 20% (atas kiri), 30% (atas kanan) dan 40% (bawah) Grafik pada Gambar 2-24 memperlihatkan pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air (MR) pada RH tetap, sedangkan Gambar 2-25 pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air (MR) pada suhu tetap. Sebagaimana kurva laju pengeringan menurut waktu, baik suhu maupun RH mempunyai pengaruh terhadap laju pengeringan menurut rasio kadar air, semakin tinggi suhu dan semakin rendah RH maka laju pengeringan semakin tinggi. Pengaruh perbedaan RH terhadap laju pengeringan cenderung terlihat lebih nyata daripada perbedaan suhu sedangkan pengaruh perbedaan suhu terhadap laju pengeringan terlihat bahwa suhu 50 dan 60 o C tidak terlalu berbeda. Dari semua kurva laju pengeringan pada berbagai kondisi pengeringan tidak terlihat adanya laju pengeringan tetap atau konstan sehingga dapat dikatakan bahwa pengeringan temu lawak berlangsung pada periode laju pengeringan menurun (the falling rate period). Pada fase ini difusi merupakan mekanisme

39 pengontrol utama pergerakan air dalam bahan, hal yang sama terjadi pada pengeringan temu putih.. 12 Drying Rate (Δ MR/min) 10 08 06 04 02 00 50 C, 20% 50 C, 30% 50 C, 40% 12 Drying rate (ΔMR/min) 10 08 06 04 02 00 60 C, 20% 60 C, 30% 60 C, 40% Drying Rate (ΔMR/min) 25 20 15 10 05 70 C, 20% 70 C, 30% 70 C, 40% 00 Gambar 2-24. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan temu lawak menurut MR pada suhu 50 o C (atas), 60 o C (tengah) dan 70 o C (bawah)

40 Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C, 20% 60 C, 20% 70 C, 20% Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C, 30% 60 C, 30% 70 C, 30% Laju pengeringan (ΔMR/menit) 24 20 16 12 08 04 00 50 C,40% 60 C, 40% 70 C, 40% Gambar 2-25. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan temu lawak menurut MR pada RH 20% (atas), 30% (tengah) dan 40% (bawah)

41 Kadar Air Keseimbangan Temu Lawak Pada Tabel 2-10 tercantum nilai kadar air keseimbangan temu lawak pada berbagai suhu dan kelembaban nisbi udara pengeringan. Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggi suhu pengeringan maka kadar air keseimbangan semakin rendah dan sebaliknya. Berlawanan dengan suhu, semakin tinggi kelembaban nisbi (RH) udara pengering maka kadar air keseimbangan akan semakin tinggi pula dan sebaliknya. Dengan kata lain untuk mendapatkan kadar air keseimbangan yang rendah diperlukan suhu udara pengeringan yang tinggi dan RH udara pengeringan yang rendah. Berdasarkan tabel tersebut juga dapat diketahui bahwa kadar air standar 10% (bb.) dapat dicapai pada semua kondisi percobaan pengeringan kecuali pada kondisi suhu 50 o C dan RH 40%. Tabel 2-10. Kadar air keseimbangan (% bb.) temu lawak Kondisi pengeringan 20% 30% 40% 70 o C 7.0 7.7 7.9 60 o C 7.8 8.2 9.0 50 o C 8.1 9.0 10.3 Model Henderson pada persamaan (2.1) ditentukan dengan menggunakan regresi non-linier berdasarkan data percobaan pada Tabel 2-10 pada setiap suhu. Nilai konstanta c dan n persamaan tersebut untuk setiap level suhu pengeringan dapat dilihat pada Tabel 2-11. Tabel 2-11. Nilai konstanta c dan n persamaan Henderson untuk temu lawak Suhu c n R 2 SE 70 o C 2699.6 5.8960 90 5 60 o C 264.77 5.1865 0.962 0 50 o C 3.039 3.4695 0.953 0.37 Model Pengeringan Lapisan Tipis Temu Lawak Model pengeringan lapisan tipis temu lawak yang digunakan adalah model Lewis, Henderson-Pabis dan Page sebagaimana ditampilkan pada Tabel 2-1. Model-model ini dipakai karena masing-masing dapat mewakli model teoritis, semi teoritis dan empiris. Dalam pemodelan, semua data kadar air percobaan

42 digunakan dalam bentuk kadar air basis kering. Data kadar air pada berbagai kondisi pengeringan dikonversi menjadi nilai rasio kadar air (MR) dan dipaskan (fitted) dengan model sehingga mendapatkan kurva nilai MR dugaan model (predicted MR) terhadap waktu pengeringan. Model-model tersebut kemudian dibandingkan secara statistik dengan menggunakan kriteria koefisien korelasi dan standard error. Hasil pemodelan pengeringan lapisan tipis temu lawak berdasarkan model Lewis, Henderson-Pabis dan Page dapat dilihat pada Gambar 2-26, 2-27 dan 2-28. Dari gambar-gambar tersebut terlihat bahwa model Page adalah model persamaan yang paling mewakili data percobaan pengeringan lapisan tipis temu lawak. Hal ini juga didukung secara statistik dimana model Page memiliki rata-rata koefisien determinasi yang paling tinggi serta standard error yang paling rendah (Tabel 2-12). Model Page adalah model dengan nilai rata-rata R 2 yang paling tinggi dan standard error paling rendah yaitu 0.9988 dan 085 dibandingkan dengan 0.9958 dan 172 untuk model Henderson-Pabis serta 0.9932 dan 217 untuk model Lewis, sehingga model Page adalah persamaan yang paling mewakili karakteristik pengeringan temu lawak. Model Page memiliki nilai R 2 dan SE masing-masing pada kisaran 0.9982-0.9996 dan 056-144, model Henderson-Pabis kisaran nilainya 0.9935-0.9988 dan 093-233 sedangkan Model Lewis kisaran nilainya adalah 0.9891-0.9980 dan 116-299. Pada model Lewis dan Henderson-Pabis curve fitting terbaik terjadi pada suhu dan RH pengeringan 70 o C dan 30%, sedangkan model Page pada suhu 60 o C dan RH 30%. Nilai-nilai konstanta dari persamaan model Lewis, Henderson-Pabis dan Page pada berbagai kondisi pengeringan dapat dilihat pada Tabel 2-13.

43 50 C, 40% 50 C, 30% 50 C, 20% Model Lewis 60 C, 40% 60 C, 30% 60 C, 20% Model Lewis 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360 Gambar 2-26. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model Lewis 50 C, 40% 50 C, 30% 50 C, 20% Model H-P 60 C, 40% 60 C, 30% 60 C, 20% Model H-P 0 60 120 180 240 300 360 Gambar 2-27. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model Henderson-Pabis 0 60 120 180 240 300 360 50 C, 40% 50 C, 30% 50 C, 20% Model Page 60 C, 40% 60 C, 30% 60 C, 20% Model Page 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360 Gambar 2-28. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model Page

44 Suhu ( o C) 50 60 70 Tabel 2-12. Evaluasi statistik model pengeringan simplisia temu lawak RH Model Lewis Model H&P Model Page (%) R 2 SE R 2 SE R 2 SE 20 0.9919 236 0.9951 185 0.9984 104 30 0.9951 172 0.9965 148 0.9966 144 40 0.9949 187 0.9968 149 0.9982 113 20 0.9912 269 0.9948 208 0.9995 062 30 0.9902 272 0.9940 213 0.9996 056 40 0.9913 255 0.9951 193 0.9996 057 20 0.9972 144 0.9979 128 0.9987 101 30 0.9980 116 0.9988 093 0.9993 068 40 0.9891 299 0.9935 233 0.9996 060 Rata-rata 0.9932 217 0.9958 172 0.9988 085 Tabel 2-13. Nilai konstanta model pengeringan simplisia temu lawak Suhu ( o C) 50 60 70 Model Model RH Model Page Lewis Henderson-Pabis (%) k k a k n 20 156 165 656 068 1.1918 30 127 132 420 087 846 40 108 113 484 061 1.1216 20 164 174 650 070 1.1983 30 156 166 718 058 1.2263 40 126 134 704 049 1.2049 20 283 292 279 204 884 30 223 230 299 165 764 40 154 164 730 057 1.2273 Konstanta Pengeringan Temu Lawak Secara empiris nilai konstanta pengeringan (k) temu lawak dalam satuan 1/menit didapatkan dengan menggunakan persamaan (2.4). Besaran konstanta k dan a masing-masing bervariasi dari 113-292 1/menit, dan 279-718. Konstanta pengeringan merupakan koefisien yang berkaitan dengan nilai difusivitas bahan sehingga nilai konstanta pengeringan juga merupakan fungsi dari suhu udara pengeringan. Semakin tinggi suhu udara pengeringan maka semakin tinggi nilai konstanta pengeringan. Plot antara nilai k rata-rata temu lawak terhadap suhu pengeringan ditampilkan pada Gambar 2-29. Berdasarkan

gambar tersebut terlihat bahwa konstanta pengeringan meningkat secara eksponensial terhadap suhu pada setiap level RH udara pengeringan. 45 Konstanta k (1/menit) 4 3 2 1 RH 20% RH 30% RH 40% k hitung 0 40 50 60 70 80 Suhu ( o C) Gambar 2-29. Pengaruh suhu pengeringan terhadap konstanta pengeringan Simplisia temu lawak Untuk menyatakan hubungan antara konstanta pengeringan dan suhu pengeringan digunakan persamaan (2.10). Nilai konstanta a dan b diperoleh dengan regresi non-linier dan hasilnya tertera pada Tabel 2-14 bersama-sama nilai koefisien determinasi dan standard error. Nilai R 2 bervariasi antara 59-0.998 dan tertinggi pada tingkat RH 40%. Pada Tabel 2-15 dicantumkan nilai konstanta hasil perhitungan berdasarkan Tabel 2-14. Tabel 2-14. Konstanta persamaan hubungan k dan suhu pengeringan temu lawak RH a b R2 SE 20% 028 323 59 038 30% 031 285 0.991 007 40% 044 188 0.998 002 Tabel 2-15. Nilai k (1/menit) temu lawak percobaan dan hasil perhitungan RH 20% RH 30% RH 40% Suhu k k hitung k k hitung k k hitung 50 o C 165 143 132 129 113 112 60 o C 174 197 166 171 134 135 70 o C 292 272 230 228 164 163

46 Kesimpulan 1. Pengeringan temu putih dan temu lawak berlangsung pada laju periode menurun dimana difusi merupakan mekanisme pengontrol pergerakan air di dalam bahan. 2. Pada suhu pengeringan 40 o C kadar air akhir temu putih tidak dapat mencapai standar 10% (bb.). Untuk dapat mencapai kadar air tersebut temu putih dan temu lawak harus dikeringkan pada suhu 50 o C dengan RH dibawah 30% atau pada suhu 60 o C dan 70 o C. 3. Model Page adalah model yang paling sesuai untuk mewakili karakteristik pengeringan temu putih dan temu lawak dengan nilai rata-rata koefisien determinasi (R 2 ) dan standard error (SE) masing-masing sebesar 0.9990 dan 079 untuk temu putih serta 0.9988 dan 085 untuk temu lawak. 4. Konstanta pengeringan temu putih dan temu lawak bervariasi menurut suhu pengeringan pada selang 041 dan 353 menit -1 serta 113 dan 292 menit -1. Semakin tinggi suhu pengeringan maka nilai konstanta pengeringan temu putih dan temu lawak semakin tinggi pula.