optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk ...iccri.net/download/pelita...

23
136 1) Peneliti, Ahli Peneliti dan Teknisi (Researcher, Senior Researcher and Technician); Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia, Jl. P.B. Sudirman 90, Jember 68118, Indonesia. Pelita Perkebunan 2006, 22(2), 136158 Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk Penyangraian Biji Kakao Optimizing of a Horizontal Cylinder Type Cocoa Roaster for Dried Cocoa Cotyledon Roasting Sukrisno Widyotomo 1) , Sri-Mulato 1) dan Edi Suharyanto 1) Ringkasan Salah satu cara untuk mengurangi ketergantungan pasar komoditas primer di luar negeri adalah melalui pendekatan diversifikasi produk sekunder. Cokelat merupakan produk kakao sekunder yang sesungguhnya banyak digemari, baik oleh penduduk pedesaan maupun perkotaan. Salah satu kendala pengembangan industri sekunder kakao adalah tidak tersedianya mesin sangrai yang murah, efisien dan mampu menghasilkan produk yang kompetitif. Untuk itu, Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji coba sebuah mesin sangrai tipe silinder horisontal. Silinder sangrai memiliki ukuran diameter 405 mm, panjang 520 mm dan digerakkan oleh sebuah motor listrik dengan kekuatan 1 HP (0,75 kW), 220 V, 1 phase dan 1400 rpm. Kecepatan putar silinder sangrai diatur pada putaran tetap sekitar 6 rpm. Energi panas diperoleh dari proses pembakaran minyak tanah dengan menggunakan alat pembakar (burner) bertekanan. Mesin sangrai dilengkapi sebuah bak pendingin ( tempering ) biji kakao pasca sangrai dengan sistem pendinginan alami. Bahan uji yang digunakan adalah pecahan biji kakao dari jenis mulia (fine cocoa). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinerja optimum untuk memperoleh tingkat kesukaan pasta kakao terbaik diperoleh pada beban sangrai 7 kg dan suhu penyangraian 120 O C. Kapasitas kerja yang diperoleh sebesar 25,57 kg/jam. Nilai beberapa parameter cita rasa, yaitu aroma, flavour, acid- ity, bitterness, astringency dan burnt masing-masing 4,8; 5,2; 5,4; 5,2; 4,8 dan 0,8 pada skala 10, sedangkan panelis memberikan nilai terhadap tingkat kesukaan sebesar 4,2 pada skala 5. Waktu sangrai untuk memperoleh kadar air 2,5 3% diperoleh setelah proses penyangraian berlangsung antara 1525 menit, tergantung suhu dan beban penyangraian, serta kadar air awal bahan uji 7%. Summary The secondary process of cocoa is one of the promising alternatives to increase the value added of dried cocoa beans. One the other hand, the develop- ment for secondary cocoa process requires an appropriate technology that is not available yet for small or medium scale business. Cocoa roaster is a basic equipment

Upload: lamcong

Post on 09-Sep-2018

229 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

136

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

1) Peneliti, Ahli Peneliti dan Teknisi (Researcher, Senior Researcher and Technician); Pusat Penelitian Kopi dan KakaoIndonesia, Jl. P.B. Sudirman 90, Jember 68118, Indonesia.

Pelita Perkebunan 2006, 22(2), 136—158

Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untukPenyangraian Biji Kakao

Optimizing of a Horizontal Cylinder Type Cocoa Roaster for Dried CocoaCotyledon Roasting

Sukrisno Widyotomo1), Sri-Mulato1) dan Edi Suharyanto1)

Ringkasan

Salah satu cara untuk mengurangi ketergantungan pasar komoditas primerdi luar negeri adalah melalui pendekatan diversifikasi produk sekunder. Cokelatmerupakan produk kakao sekunder yang sesungguhnya banyak digemari, baik olehpenduduk pedesaan maupun perkotaan. Salah satu kendala pengembangan industrisekunder kakao adalah tidak tersedianya mesin sangrai yang murah, efisien danmampu menghasilkan produk yang kompetitif. Untuk itu, Pusat Penelitian Kopidan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba sebuah mesin sangraitipe silinder horisontal. Silinder sangrai memiliki ukuran diameter 405 mm, panjang520 mm dan digerakkan oleh sebuah motor listrik dengan kekuatan 1 HP (0,75 kW),220 V, 1 phase dan 1400 rpm. Kecepatan putar silinder sangrai diatur pada putarantetap sekitar 6 rpm. Energi panas diperoleh dari proses pembakaran minyak tanahdengan menggunakan alat pembakar (burner) bertekanan. Mesin sangrai dilengkapisebuah bak pendingin (tempering) biji kakao pasca sangrai dengan sistempendinginan alami. Bahan uji yang digunakan adalah pecahan biji kakao darijenis mulia (fine cocoa). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinerja optimumuntuk memperoleh tingkat kesukaan pasta kakao terbaik diperoleh pada bebansangrai 7 kg dan suhu penyangraian 120OC. Kapasitas kerja yang diperoleh sebesar25,57 kg/jam. Nilai beberapa parameter cita rasa, yaitu aroma, flavour, acid-ity, bitterness, astringency dan burnt masing-masing 4,8; 5,2; 5,4; 5,2; 4,8 dan0,8 pada skala 10, sedangkan panelis memberikan nilai terhadap tingkat kesukaansebesar 4,2 pada skala 5. Waktu sangrai untuk memperoleh kadar air 2,5—3%diperoleh setelah proses penyangraian berlangsung antara 15—25 menit, tergantungsuhu dan beban penyangraian, serta kadar air awal bahan uji 7%.

Summary

The secondary process of cocoa is one of the promising alternatives toincrease the value added of dried cocoa beans. One the other hand, the develop-ment for secondary cocoa process requires an appropriate technology that is notavailable yet for small or medium scale business. Cocoa roaster is a basic equipment

Page 2: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

137

to produce good and competitive secondary cocoa products for chocolate indus-try. The Indonesian Coffee and Cocoa Research Institute has, therefore, desig-ned and tested a horizontal cylinder type roaster for drying cocoa cotyledon.The cylinder has 405 mm diameter, 520 mm long and is rotated by a 1 HP (0.75 kW),220 V, single phase and 1400 rpm electric motor. Assisted with a gear reducer,the final cylinder rotation is adjusted at approximately 6 rpm. The heat for roastingprocess is generated from kerosene burner. At the end of roasting, the roastedbeans are cooled down by ambient air inside a cooling platform by natural airflow. The raw material used in this optimizing test was dried fine cocoa cotyle-don. Field tests showed that the optimum performance of the roaster was 7 kgdried fine cocoa cotyledon loaded with roasting temperature 120OC and 25.57kg/h optimum capacity. The organoleptic test showed that score of aromatic,flavour, acidity, bitterness, astringency and burnt were 4.8, 5.2, 5.4, 5.2, 4.8and 0.8 with 10 scale, also 4.2 with 5 scale for likely. The roasting time was15—25 minutes to get 2.5—3% final water content depend on roasting tempera-ture and cocoa cotyledon loaded.

Key words : cocoa, roasting, horizontal cylinder, quality.

PENDAHULUAN

Cokelat merupakan produk kakaosekunder yang sesungguhnya banyakdigemari, baik oleh penduduk pedesaanmaupun perkotaan. Selain faktor daya belipenduduk Indonesia yang masih sangatrendah, faktor ketersediaan produk cokelatyang hanya terdapat di perkotaan me-nyebabkan cokelat hanya dapat dinikmati olehmasyarakat dengan tingkat ekonomimenengah ke atas. Hal tersebut menjadisalah satu sebab konsumsi cokelat domestiksaat ini masih sangat rendah, yaitu hanya0,05 kg/orang/tahun (Sri-Mulato et al.,2005). Nilai tersebut jauh lebih rendah jikadibandingkan dengan tingkat konsumsicokelat negara-negara di benua Eropa,Amerika, maupun Jepang.

Industri makanan dan minuman cokelatskala besar umumnya juga didukung olehmanajemen, modal dan sumber daya manusiayang memadai, sehingga industri golongan

ini mampu membeli peralatan dan mesinpengolahan produk impor dengan teknologitinggi. Introduksi peralatan dan mesinpengolahan makanan dan minuman cokelatproduk impor ke petani kakao Indonesiamemiliki beberapa kelemahan, di antaranyamuatan teknologi tinggi tidak sepadandengan kondisi rendahnya tingkat sumberdaya manusia dari petani kakao Indonesia,sehingga berakibat pada kendala operasionaldan perawatan jika terjadi kerusakan.Komponen suku cadang sulit diperoleh danharga relatif mahal karena harus didatangkandari negara produsen, sehingga prosesproduksi menjadi tidak efisien karenaumumnya mesin didisain untuk kapasitasproduksi yang besar.

Salah satu cara untuk mengurangiketergantungan pasar komoditas primer diluar negeri adalah melalui pendekatandiversifikasi produk sekunder (Sri-Mulato,2002; Suhargo, 2001). Pengembanganproduk sekunder kakao memberikan

Page 3: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

138

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

beberapa keuntungan bagi Indonesia antaralain peningkatan nilai tambah yang lebihbesar dibandingkan menjual produk primer,peluang lapangan kerja, pengembanganindustri terkait dan peningkatan konsumsicokelat per kapita di dalam negeri yang saatini masih sangat rendah, serta mengurangiketergantungan terhadap pasar kakao di luarnegeri.

Total produksi biji kakao Indonesia yangmencapai 450.000 ton per tahun, hanya 20%yang diolah dan dipasarkan dalam bentukproduk sekunder, seperti pasta, bubukcokelat, lemak, dan beberapa produk turunanlainnya (Sri-Mulato et al., 2005). Selain itu,6,5% hasil olahan kakao primer merupakanproduk pecahan biji kakao akibat penangananbahan yang kurang tepat, mulai dari prosesfermentasi, pengeringan, sortasi danpenggudangan (Widyotomo et al., 1998).Jika pecahan biji kakao tersebut dapat dijagadari serangan hama dan penyakit, maka akantetap memiliki potensi bahan baku bermutubaik sampai diperoleh produk akhir berupamakanan ataupun minuman cokelat.

Cita rasa khas chocolate selain ditentukanoleh sifat genetis bahan tanam, juga sangatditentukan oleh cara pengolahan dan carapenyiapan makanan cokelat. Salah satu tahappengolahan hilir kakao yang sangatmenentukan cita rasa khas chocolate adalahproses penyangraian. Penyangraian bertujuanuntuk mengembangkan rasa, aroma, warnadan mengurangi kadar air. Rasa dan aromakakao sangrai sangat ditentukan oleh suhudan lama penyangraian, kadar air, ukuranbiji dan bentuk biji (Kleinert, 1966; Lopez& Mc Donald, 1981).

Pada tahapan pengolahan hilir kakao,proses penyangraian dilakukan pada bijikakao kering dengan ukuran seragamberkadar air 7%. Petani kakao umumnyamelakukan proses penyangraian denganmenggunakan unit penggoreng berupa wajandan mengaduknya secara manual. Sumberpanas diperoleh dari sebuah tungku berbahanbakar kayu atau minyak tanah. Selainkapasitas kerja yang rendah, kendala lainadalah mutu produk sangrai yang dihasilkantidak konsisten, terkontaminasi asap, tingkatsangrai tidak seragam, dan penggunaan bahanbakar tidak efisien. Kemampuan manusiauntuk mengukur tingkatan mutu dalamjumlah yang besar memiliki unsursubyektifitas yang tinggi dan konsistensi(daya tahan), keakuratan, serta kecepatanyang terbatas (Budiastra, 1995; Suroso &Maulani, 2003; Ahmad et al., 2004).

Pusat Penelitian Kopi dan Kakao In-donesia telah merekayasa alat sangrai bijikakao tipe silinder horisontal dengan sumberpanas burner berbahan bakar minyak tanahyang cocok dan terjangkau oleh pengusahakecil, baik secara teknologis maupun harga.Mesin sangrai merupakan salah satu mesinyang dugunakan dalam rangkaian peralatandan mesin pengolahan hilir kakao untukmenghasilkan minuman dan makanancokelat. Untuk meningkatkan nilai tambahdan berdasarkan potensi mutu yang dimilikioleh pecahan biji kakao sebagai bahan bakumakanan dan minuman cokelat, maka dalampenelitian ini akan dilakukan optimasi mesinsangrai tipe silinder horizontal untukpenyangraian pecahan biji kakao. Hasilpenelitian diharapkan dapat digunakan

Page 4: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

139

sebagai acuan dalam penggunaan atauoperasional mesin sangrai untuk prosespenyangraian pecahan biji kakao sehinggadiperoleh kinerja dan mutu produk akhiryang optimal. Sejauh ini produsen makanandan minuman cokelat baru melakukan prosespenyangraian pada biji kakao dengan kadarair dan ukuran yang seragam. Penyangraianpecahan biji kakao belum banyak diminatimengingat keterbatasan ketersediaan alat danmesin serta teknologi prosesnya.

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di LaboratoriumTeknologi Pengolahan Hasil dan RekayasaAlat dan Mesin Pengolahan Kopi dan Kakao,Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indone-sia, Jember, Jawa Timur pada bulan Maretsampai dengan Juni 2005.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitianini adalah pecahan biji kakao mulia (finecocoa) kering yang diperoleh dariKebun Ngrangkah Pawon PT PerkebunanNusantara XII produksi, Kabupaten Kediri,Jawa Timur. Pecahan biji kakao keringmemiliki kadar air 7% (basis basah) dansebelum digunakan sebagai bahan baku ujibiji kakao kering telah melalui prosespemisahan dari kotoran dan benda-bendaasing lainnya.

Mesin yang diuji adalah mesin sangraitipe silinder horizontal beserta perlengkapan-nya, dengan peralatan uji berupa data ac-quisition FLUKE, sensor Ni-CrNi dan

komputer sebagai pencatu data suhu, alatukur kadar air, alat ukur kecepatan putar(tachometer), timbangan digital dengan bebanmaksimum 50 kg, oven dan timbangananalitik.

Deskripsi Mesin Sangrai Tipe SilinderHorizontal

Mesin sangrai tipe silinder horizontalmemiliki lima bagian penting, yaitu silindersangrai beserta sungkup (housing), tenagapenggerak, rangka, sumber panas dan unittempering. Silinder sangrai dibuat dari bahanaluminium dan memiliki ukuran diameter,panjang selimut dan tebal masing-masing405 mm, 520 mm dan 3 mm. Pada bagiandalam silinder sangrai dipasang sirip-siripberukuran panjang dan lebar masing-masing100 mm dan 85 mm yang melintang duaarah, berfungsi sebagai pembalik bahan padasaat proses penyangraian berlangsung,sehingga diperoleh produk sangrai yangseragam. Pada bagian ujung depan dipasangsabuk (belt) yang dibuat dari bahan bajamelingkar silinder sangrai dengan ukurantebal dan lebar masing-masing 3 mm dan70 mm. Pada bagian belakang dipasang platbaja tebal 3 mm dan diameter 465 mm yangberfungsi menutup lubang silinder sortasi,dan dilengkapi sabuk baja melingkar silindersangrai dengan ukuran tebal dan lebarmasing-masing 3 mm dan 70 mm. Sabukbaja melingkar silinder sangrai berfungsisebagai alur penerusan daya putar daribantalan poros putar yang digerakkan olehtenaga penggerak. Sungkup silinder sangrai(housing) selain berfungsi untuk menekankehilangan panas hasil pembakaran minyaktanah yang dengan menggunakan kompor

Page 5: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

140

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

bertekanan (burner) tipe kupu-kupu, jugaberfungsi untuk memisahkan aliran asaphasil proses pembakaran dari bahan yangdisangrai dan mengeluarkannya melaluicerobong keluaran asap yang dipasang dibagian atas sungkup silinder sangrai. Padacerobong keluaran asap dipasang indikatorsuhu yang berfungsi untuk mengetahui suhuasap hasil pembakaran sehingga memudahkanpengendalian panas selama proses penyang-raian berlangsung.

Silinder sangrai berputar dengan adanyaputaran dari tenaga penggerak berupa sebuahmotor listrik dengan spesifikasi daya 1 HP,220 V, single phase dan 1400 rpm.Penerusan daya dari sumber daya penggerakke silinder sangrai menggunakan sistem

pulley dan sabuk karet V tunggal, reduksiputaran menggunakan gear box dengan rasioputaran 1 : 50 dan size 60, roda gigi ke rodagigi dan terakhir sistem friksi antara empatbuah silinder baja yang terletak di porosputar dengan dua buah sabuk baja darisilinder sangrai. Perbandingan roda gigi darigear box ke bantalan poros putaradalah 1 : 1.

Rangka mesin sangrai dibuat dari besibaja profil persegi 40 mm x 60 mm danmemiliki dimensi panjang, lebar dan tinggimasing-masing 900 mm, 670 mm dan700 mm. Rangka berfungsi untuk menopangsilinder sangrai dan sungkup silinder sangraiserta penempatan tenaga penggerak. Selainitu, di bagian dalam rangka ditempatkan

9 0 9 0 9 0 9 0

1 m

0.60 m 1

2

4 3

7

6

8

5

Keterangan (Remark) :1. Silinder sangrai (cylinder roaster) 5. Rangka besi (steel frame)2. Cerobong asap (chimney) 6. Motor listrik (electric motor)3. Selimut (insulation jacket) 7. Pemanas minyak (kerosene burner)4. Corong pengumpan (input hoper) 8. Sabuk pemutar (transmission belt)

Gambar 1. Sketsa mesin sangrai tipe silinder horizontal tampak samping dan depan (Sri-Mulato, 2002).

Figure 1. Design of a horizontal cylinder type cocoa roaster (Sri Mulato, 2002).

Page 6: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

141

ruang bakar sebagai pembangkit sumberpanas penyangraian. Sumber panas penyang-raian diperoleh dengan adanya pembangkitpanas dari burner bertekanan berbahan bakarminyak tanah. Jenis burner yang digunakanadalah tipe kupu-kupu berjumlah 2 buahdengan diameter 70 mm. Minyak tanahdimasukkan ke dalam tabung yang di-lengkapi indikator tekanan dan injeksiminyak ke spuyer burner dijaga tetap padatekanan 0,2 MPa.

Sebelum dilanjutkan pada tahapanpengolahan berikutnya, biji kakao pasca-sangrai didinginkan terlebih dahulu di dalamunit tempering. Unit tempering berbentuksilinder tegak dan memiliki ukurandiameter dan tinggi masing-masing 1 m dan0,3 m. Unit tempering disangga oleh empatbuah kaki dengan tinggi 0,2 m daripermukaan tanah dan dibuat dari besi sikuukuran 40 x 40 mm. Selain berfungsi untukmenurunkan, dan menyeragamkan suhu bijikakao pascasangrai, unit tempering berfungsiuntuk memisahkan biji kakao pasca sangraidari serpihan-serpihan yang muncul selamaproses penyangraian. Unit tempering dibuatdari plat aluminium tebal 2 mm dan padabagian alasnya dibuat berlubang (perforatedplate) dengan ukuran lubang 5 mm dan jarakantar lubang 10 mm.

Pelaksanaan Penelitian

Perlakuan

Kinerja mesin dievaluasi pada levelkecepatan putar silinder sangrai 10 rpm dandikenakan dengan tiga level bebanpenyangraian, yaitu 5 kg, 7 kg dan 9 kg

per batch dengan tiga tingkat suhu ruangsangrai, yaitu 110OC, 120OC dan 130OC.Masing-masing perlakuan diulang sebanyaktiga kali.

Tolok Ukur

Tolok ukur dalam penentuan kondisioptimum pengoperasian mesin sangrai tipesilinder horisontal ditentukan berdasarkanbeberapa hasil analisis teknis dan ujiorganoleptik sebagai berikut :

A. Analisis Teknis

1. Kapasitas kerja mesin

Kapasitas kerja mesin sangrai tipesilinder horizontal (Km) dihitung denganmenggunakan persamaan sebagai berikut ;

2. Kadar air

Kadar air bahan (Ka) ditentukan denganmenggunakan metode gravimetri, yaitupengurangan bobot air selama 16 jampengeringan oven yang terkontrol pada suhu103OC + 2OC dan perhitungannyadilakukan dengan menggunakan persamaanBadan Agribisnis Departemen Pertanian(1998) :

Km, kg/jam

kg/h

bahan yang diumpankan, kg

weight, kg

waktu sangrai, jam

time, h

= ....... 1

Ka, %

berat air, kg

weight of water, kg

berat total bahan, kg

total weight, kg

= ........... 2x 100%

Page 7: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

142

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

3. Densitas kamba

Densitas kamba biji kakao (D) selamaproses penyangraian ditentukan denganpersamaan sebagai berikut ;

Penentuan densitas kamba dilakukandengan cara memasukan sejumlah contohbahan (kg) ke dalam gelas ukur padavolume tertentu tanpa adanya tekanan (m3).

4. Suhu sangrai

Suhu yang merupakan tolok ukur energitermal, diamati dengan sensor suhu Ni-CrNiyang dipasang di beberapa lokasi yangmewakili untuk analisis termal, yaitu :A = suhu bahan, OC (temperature of dried cocoa cotyledon, OC)B = suhu ruang sangrai, OC (roasting chamber temperature, OC)C = suhu tempering, OC (tempering temperature, OC)D = suhu tungku, OC (furnace temperature, OC)E = suhu asap, OC (smoke temperature, OC).

Suhu dicatat setiap interval 5 menitdengan menggunakan data acquisitionFLUKE dan komputer sebagai pencatu data.

5. Kebutuhan Daya

Daya (P) yang dibutuhkan mesindihitung dengan menggunakan persamaansebagai berikut :

P, Watt = I x V ................................... 4

I =arus yang terukur pada saat mesin beroperasi(Ampere),

V = tegangan (Volt).

6. Konsumsi bahan bakar

Konsumsi bahan bakar (Bbm) dihitungdengan menggunakan persamaan sebagaiberikut :

Bbm, L = (Vo — Vt)................................ 5

V0 = volume bahan bakar awal, liter (initial volume

of kerosene, liter).

Vt =volume bahan bakar setelah proses

penyangraian selesai, liter (final volume ofkerosene, liter).

110OC A1 B1 C 1

120OC A2 B2 C 2

130OC A3 B3 C 3

Tabel 1. Matriks penandaan perlakuan penyangraian pecahan biji kakao

Table 1. Sign matrix for several roasting treatments

Suhu penyangraian, OCRoasting temperature, OC

Beban penyangraian, kgRoasting charge, kg

5 kg 7 kg 9 kg

D, kg/m3

berat bahan, kg

weight, kg

volume bahan, m3

volume, m3

= ........... 3

Page 8: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

143

B. Uji organoleptik

Uji Organoleptik berupa uji cita rasa,dilakukan di Laboratorium Pasca Panen,dimaksudkan untuk mengetahui pengaruhsuhu dan lama penyangraian terhadap citarasa pasta kakao yang dihasilkan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suhu Sangrai

Burner berbahan bakar minyak tanahmampu membangkitkan suhu di dalam ruangsangrai antara 110—130OC. Fluktuasi suhusangrai yang dihasilkan burner minyak tanah

pada kisaran 2—3OC tidak dapat dihindarimeskipun tingkat pembakaran telah diaturdengan baik. Namun demikian, perilakusuhu yang dihasilkan tetap stabil pada kisaran110—130OC sesuai perlakuan suhu pe-nyangraian yang diinginkan. Ruang sangraimendapatkan energi panas melalui prosesperpindahan panas konveksi yaitu panas hasilpembakaran minyak tanah yang langsungmenyentuh dinding silinder sangrai danperpindahan panas radiasi dari permukaanapi yang bersuhu tinggi ke permukaanbawah silinder. Pada awal proses pem-bakaran, diperlukan waktu yang cukup untukmenjaga suhu di dalam ruang sangrai stabil

Gambar 2. Profil suhu dari 5 titik pengamatan mesin sangrai pada suhu ruang sangrai terjaga stabil110°C.

Figure 2. Temperature profile from five set points at 110°C constant roasting temperature.

Keterangan (Notes):A = suhu bahan, OC (temperature of dried cocoa cotyledon, OC)B = suhu ruang sangrai, OC (roasting chamber temperature, OC)C = suhu tempering, OC (tempering temperature, OC)D = suhu tungku, OC (furnace temperature, OC)E = suhu asap, OC (smoke temperature, OC).

Suhu

, OC

Tem

pera

tur,

OC

110°C

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

A B C D E

0 5 10 15 20 25Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

A B C D E

Page 9: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

144

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

Gambar 3. Profil suhu dari 5 titik pengamatan mesin sangrai pada suhu ruang sangrai terjaga stabil 120OC.

Figure 3. Temperature profile from fifth set points at 120OC constant roasting temperature.

120°C

0 5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

A B C D E

0 5 10 15 20 25Waktu sangrai, menitRoasting time, minute

A B C D E

Suhu

, OC

Tem

pera

tur,

OC

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Gambar 4. Profil suhu dari 5 titik pengamatan mesin sangrai pada suhu ruang sangrai terjaga stabil 130OC.

Figure 4. Temperature profile from five set points at 130OC constant roasting temperature.

130°C

0 5 10 15 20

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

A B C D E

Waktu sangrai, menitRoasting time, minute

A B C D E

0 5 10 15 20

Suhu

, OC

Tem

pera

tur,

OC

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Keterangan A, B, C, D, E sama dengan Gambar 2 (Information of A, B, C, D, E similar with figure 2).

Keterangan A, B, C, D, E sama dengan Gambar 2 (Information of A, B, C, D, E similar with figure 2).

Page 10: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

145

pada kisaran tersebut. Tungku sebagai sumberpanas memiliki suhu yang paling tinggi, danmampu mencapai 400OC. Suhu asap yangmasih relatif tinggi antara 150—225OCsebelum meninggalkan cerobong asapmemberikan pengaruh positif untukmembantu stabilitas panas di dinding silindersangrai pascapemanasan dari ruang bakar(tungku). Setelah memindahkan sebagianenergi panas ke dinding silinder, maka suhuasap turun dan biji kakao sebagai penerimapanas menunjukkan nilai suhu yang palingrendah.

Waktu yang dibutuhkan untukmembangkitkan suhu stabil di dalam ruangsangrai pada kisaran 110—130OC adalahantara 4—7 menit. Untuk mencapai suhuyang sama, maka waktu pembangkitan panasakan lebih cepat jika sumber panasmenggunakan bahan bakar LPG (LiquidPetrolium Gas) (Sri-Mulato, 2002).Kesempurnaan reaksi pembakaran sangattergantung pada kemampuan bercampur(mixing) antara senyawa hidrokarbon yangterkandung di dalam bahan bakar denganoksigen yang terdapat di udara sekitar (Smith& Van Ness, 1985). Secara umum, suhu didalam ruang sangrai pada semua perlakuanpenyangraian akan turun pada saat biji kakaomulai dimasukkan sedikit demi sedikit kedalam ruang sangrai. Suhu biji kakao yangsemula setara dengan suhu kamar, yaituantara 28—30OC, akan cepat menyerap panasjika berada pada lingkungan dengan suhuyang lebih tinggi. Profil peningkatan suhudari empat titik pengukuran yaitu suhubahan, suhu ruang sangrai, suhu tungku dansuhu asap ditampilkan pada Gambar 2, 3dan 4, menunjukkan pola yang sama.

Perbedaan terletak pada panjang pendeknyawaktu pemanasan awal dan waktu sangraiyang disebabkan oleh perbedaan perlakuanbeban penyangraian.

Kadar Air Bahan

Proses sangrai membutuhkan energipanas untuk menumbuhkan aroma dan citarasa khas. Perubahan warna mengindikasi-kan terjadinya proses Maillard selama prosespenyangraian, yaitu beberapa senyawa gulaakan menjadi karamel dan menimbulkanaroma. Senyawa yang menyebabkan rasasepat atau rasa asam seperti tanin dan asamasetat akan hilang dan sebagian lainnya akanbereaksi dengan asam amino membentuksenyawa melanoidin (Sivetz & Desrosier,1979). Energi panas menyebabkan air yangterkandung di dalam bahan akan berubahmenjadi fase gas dan menguap keluar daripori-pori bahan. Semakin tinggi energi panasyang dapat terserap, maka jumlah air yangdapat diuapkan akan semakin banyak. Namundemikian, karakteristik fisik dan kimia bahanakan sangat berpengaruh pada kecepatanpenguapan dan mutu produk akhir yangdihasilkan. Menurut Syarief & Halid (1993),proses pemanasan dengan suhu tinggi dapatberakibat pada terbentuknya suatu lapisanluar yang keras (case hardening) sehinggamenghalangi penguapan air dari dalambahan. Selain itu, proses penguapan bahanlain yang memiliki potensi sebagai pem-bentuk aroma dan cita rasa produk akhirperlu ditekan serendah mungkin (Sri-Mulatoet al., 1997).

Gambar 5, 6 dan 7 menunjukkan profilpenurunan kadar air dari dalam biji kakaoselama proses penyangraian dengan

Page 11: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

146

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

perlakuan beban dan suhu di dalam ruangsangrai. Hasil penelitian menunjukkan bahwaproses penguapan air akan berlangsung cepatdengan semakin tingginya suhu yangdigunakan di dalam ruang sangrai dansemakin rendahnya beban sangrai. Suhumerupakan tolok ukur kandungan energipanas dan kelembaban udara menunjukkankemampuan udara untuk menyerap uap air(McDonald & Freire cit. Sri-Mulato et al.,1997). Adanya perbedaan tekanan udarayang tinggi antara ruang sangrai dengantekanan udara luar yang rendah akanmembantu aliran uap air keluar dari silindersangrai.

Pada awal proses penyangraian,terutama pada 5 menit pertama, penurunankadar air bahan berlangsung sangat lambat.Kondisi tersebut disebabkan energi panasdigunakan untuk memanaskan lapisan air dipermukaan bahan sebelum terjadinya prosespenguapan. Air yang menguap merupakanair adsorbsi yaitu air yang terikat padapermukaan bahan yang merupakankesetimbangan dari uap air yang ada diudara sekeliling (Syarief & Halid, 1993).Pada 5—10 menit berikutnya, penurunankadar air bahan relatif lebih cepat dandiakhiri pada kadar air 2,5—3%. Air yangdiuapkan pada tahap ini merupakan airkapiler, yaitu air yang terikat di dalamrongga-rongga jaringan kapiler yang halusdari biji kakao. Tahapan proses penyangraiantersebut menunjukkan bahwa energi panasyang dihasilkan oleh burner berbahan bakarminyak tanah sebagai sumber energipenyangraian mencukupi dan laju aliran uapair dapat terjadi oleh adanya perbedaantekanan udara yang tinggi antara tekanan

udara luar dengan tekanan udara di dalamsilinder sangrai.

Dengan semakin besar beban sangrai,maka waktu yang dibutuhkan untukmenguapkan sejumlah air yang terkandungdi dalam biji kakao akan semakin lama. Halini disebabkan waktu yang diperlukan olehenergi panas untuk memanaskan, pergerakanpartikel-pertikel air dari lapisan terdalam kelapisan terluar dari biji kakao sertamenguapkannya semakin lama. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa dari ketigatingkatan beban penyangraian, waktu yangdibutuhkan untuk menguapkan air hinggadiperoleh kadar air biji kakao pascasangrai2,5—3% adalah selama 15 hingga 25 menit,tergantung suhu sangrai dan jumlah bebanpenyangraian.

Densitas Bahan

Densitas merupakan salah satu sifatdasar setiap bahan pangan yang selain sangattergantung pada karakteristik ukuran bahanjuga berhubungan dengan porositas bahantersebut (Wirakartakusumah et al., 1988).Biji kakao merupakan salah satu produkperkebunan yang memiliki sifat higroskopis,yaitu mudah menyerap uap air dalam kondisilembab dan melepas uap air dalam kondisisuhu tinggi. Sebelum proses penyangraian,bahan uji berupa biji kakao mulia memilikinilai densitas kamba sekitar 0,45 g/ml. PadaGambar 8, 9 dan 10 terlihat bahwa padasuhu penyangraian yang sama, nilai densitaskamba bahan uji akan semakin rendahseiring dengan lamanya waktu penyangraian.Bersamaan dengan proses penguapan air,

Page 12: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

147

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Gambar 5. Kadar air biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 1100C).

Figure 5. Moisture content of cocoa bean as function of roasting time (at 1100C)

0 5 10 15 20 25 30

Kad

ar a

ir, %

(Moi

stur

e co

nten

t, %

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

9 kg7 kg5 kg

0 5 10 15 20 25 30

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Gambar 6. Kadar air biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 1200C).

Figure 6. Moisture content of cocoa bean as function of roasting time (at 120OC).

Kad

ar a

ir, %

(Moi

stur

e co

nten

t, %

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30

5 kg 7 kg 9 kg

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

Page 13: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

148

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

beberapa senyawa volatil yang terkandungdi dalam biji kakao ikut teruapkan. Peristiwatersebut ditandai dengan penurunan kerapatancurah sebagai akibat perubahan fisik bijikakao seperti pengembangan volume (swell-ing) dan pembentukan pori-pori di dalamjaringan sel sehingga berat biji kakao persatuan volume menjadi lebih kecil. Haltersebut menunjukkan bahwa dengansemakin banyak air yang diuapkan danpengembangan bahan uji karena prosespemanasan mengakibatkan pori-pori bahanuji menjadi lebih besar. Dengan semakintinggi suhu penyangraian, maka akansemakin mempercepat pengembanganvolume yang disebabkan oleh pembesaranpori-pori di dalam bahan. Selain itu, prosespemanasan akan mengakibatkan turunnyamassa bahan uji karena proses penguapan

air semakin besar sehingga nilai densitaskamba menjadi semakin rendah.

Hasil penelitian menunjukkan bahwapada beban sangrai 5 kg, setelah prosespenyangraian berlangsung selama 20 menitpada perlakuan suhu sangrai 110OC, 120OCdan 130OC terjadi persentase penyusutandensitas kamba bahan uji masing-masingsebesar 7,1%; 9,5% dan 12,2%. Pada bebansangrai 7 kg, setelah proses penyangraianberlangsung selama 20 menit pada perlakuansuhu sangrai 110OC, 120OC dan 130OCterjadi persentase penyusutan densitas kambabahan uji masing-masing sebesar 4,5%;5,1% dan 6,1%. Pada beban sangrai 9 kg,setelah proses penyangraian berlangsungselama 20 menit, pada perlakuan suhusangrai 110OC, 120OC dan 130OC terjadi

Gambar 7. Kadar air biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 130C).

Figure 7. Moisture content of cocoa bean as function of roasting time (at 1300C).

0 5 10 15 20 25 30

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Kad

ar a

ir, %

(Moi

stur

e co

nten

t, %

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30

5 kg 7 kg 9 kg

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

Page 14: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

149

persentase penyusutan densitas kamba bahanuji masing-masing sebesar 4,6%; 4,9% dan5,3%. Henderson & Perry (1970) me-nyebutkan bahwa secara fisik mekanis, prosespengecilan produk pangan yang telahmengalami pengembangan volume akanmenjadi lebih mudah dan daya yangdibutuhkan akan lebih rendah jikadibandingkan dengan bahan yang memilikisifat ulet atau rubbery. Oleh karena itu,dengan semakin besar persentase penyusutanbahan maka energi yang dibutuhkan akansemakin rendah, yaitu pada proses lanjutanseperti pemastaan.

Kapasitas Kerja dan Kebutuhan Daya

Kapasitas kerja mesin sangrai daribeberapa perlakuan suhu dan bebanpenyangraian ditampilkan pada Gambar 11,sedangkan persamaan garis linier regresi yangterbentuk dari kedua perlakuan tersebutditampilkan pada Tabel 2. Kapasitas kerjamesin sangrai akan semakin tinggi dengansemakin tingginya suhu penyangraian.Dengan semakin tinggi energi panas yangtersedia, maka proses penguapan sejumlahair di dalam biji kakao akan semakin banyakdan cepat. Jika memungkinkan, suatu alatdapat menjamin diperolehnya keseragamanmutu selama proses berlangsung, maka

Gambar 8. Densitas biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 110OC).

Figure 8. Bulk density of cocoa bean as function of roasting time (at 110OC).

5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Den

sita

s ka

mba

, g/

ml

Bul

k de

nsity

, g/m

l

5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

0.400

5 kg 7 kg 9 kg

0.405

0.410

0.415

0.420

0.425

0.430

0.435

0.440

0.445

0.450

Page 15: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

150

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

Gambar 9. Densitas biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 120OC).

Figure 9. Bulk density of cocoa bean as function of roasting time (at 120OC).

5 10 15 20 25

Waktu sangrai,menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Den

sita

s ka

mba

, g/

ml

Bul

k de

nsity

, g/m

l

0.38

0.39

0.40

0.41

0.42

0.43

0.44

0.45

5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

5 kg 7 kg 9 kg

Gambar 10.Densitas biji kakao sebagai fungsi waktu sangrai (suhu ruang sangrai 130OC).

Figure 10. Bulk density of cocoa bean as function of roasting time (at 130OC).

5 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit [roasting time, minute ]

5 kg 7 kg 9 kg

Den

sita

s ka

mba

, g/

ml

Bul

k de

nsity

, g/m

l

0.38

0.39

0.40

0.41

0.42

0.43

0.44

0.45

0.37

0.365 10 15 20 25

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

5 kg 7 kg 9 kg

Page 16: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

151

sebaiknya digunakan pada kapasitas yangmaksimum. Hasil penelitian menunjukkanbahwa energi panas yang dihasilkan mampudiserap dengan baik oleh biji kakao dandimanfaatkan untuk menguapkan air dalamjumlah yang lebih besar, sehingga energipanas yang ada di dalam ruang sangrai lebihefisien digunakan. Selain itu, adanyamekanisme pembalikan yang baik dengandiletakkannya sirip-sirip pembalik di bagiandalam dinding silinder sangrai memungkin-kan biji kakao dapat menyerap panas lebihmerata dan seragam. Penggunaan bebanyang berlebih selama penyangraian dapatmenyebabkan putaran silinder sangraimenjadi lebih berat dan proses pembalikantidak berlangsung efektif yang berakibat pada

keseragaman hasil sangrai tidak dapatterjamin dengan baik.

Dengan asumsi bahwa proses penyang-raian berakhir pada kadar air biji kakaoseragam sebesar 3%, maka kapasitas kerjamesin sangrai tertinggi diperoleh pada bebansangrai 9 kg dan suhu sangrai 130OC, yaitusebesar 29,9 kg/jam. Kapasitas kerjaterendah diperoleh pada beban sangrai 5 kgdan suhu sangrai 110OC yaitu sebesar 21,3kg/jam. Tabel 2 menunjukkan persamaanregresi linier dan koefisien korelasi (R2)hubungan antara suhu di dalam silindersangrai dengan kapasitas kerja mesin yangdihasilkan. Persamaan regresi linier tersebutsangat berguna karena dapat digunakan untukmemprediksi kapasitas kerja yang dihasilkan

Gambar 11.Kapasitas kerja mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao.

Figure 11. Capacity of a horizontal cylinder type cocoa roaster for dried cocoa bean roasting.

105 110 115 120 125 130 135

Suhu sangrai, °C [roasting temperature, °C ]

5 kg 7 kg 9 kg

Kap

asita

s ke

rja,

kg/

jam

Cap

acity

, kg/

h

10

15

20

25

30

35

5

0105 110 115 120 125 130 135

Waktu sangrai, menit (Roasting time, minute)

7 kg 9 kg5 kg

Page 17: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

152

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

jika mesin sangrai beroperasi pada kisaransuhu sangrai antara 110—130OC, denganbeban sangrai antara 5—9 kg. Nilai koefisienkorelasi tertinggi diperoleh pada bebansangrai 9 kg, diikuti beban sangrai 5 kg danterendah pada beban sangrai 7 kg. Nilaitersebut menunjukkan hubungan perlakuansuhu pada beban sangrai 9 kg terhadapkapasitas kerja mesin ternyata lebih baik jikadibandingkan beban sangrai 5 dan 7 kg.Namun demikian, kapasitas kerja mesin yangtinggi belum menjamin diperolehnya kondisioperasional mesin yang optimal karenakapasitas kerja yang tinggi belum menjamindiperolehnya mutu produk akhir yangterbaik.

Semakin besar kapasitas kerja yangdihasilkan oleh sebuah mesin, maka semakinbesar pula daya yang dibutuhkan untukmenggerakkan mesin tersebut. Dayapenggerak yang dibutuhkan untukoperasional suatu mesin sangat ditentukanoleh nilai putaran mesin (n), torsi yangdihasilkan oleh mesin (m) dan efisiensi mesin(h) sebagaimana ditampilkan pada persamaan6 sebagai berikut :

Selain dengan persamaan 6, dayapenggerak yang dibutuhkan oleh sebuahmesin juga dapat dihitung denganmenggunakan persamaan 5. Gambar 12menunjukkan besarnya daya yang dibutuh-kan untuk memutar silinder sangrai danbeban yang ada di dalamnya. Semakin besardaya yang dibutuhkan, maka arus yangmengalir ke dalam motor penggerak akansemakin besar. Hasil penelitian menunjukkanbahwa daya yang dibutuhkan untuk memutarsilinder sangrai dalam kondisi kosongsebesar 400 Watt. Friksi-friksi yang terjadidi dalam sistem transmisi, mulai dari sumberdaya penggerak berupa motor listrik ke rodagigi reduksi (gear box) sampai dengangesekan antara bantalan silinder baja dengansabuk baja yang melingkari silinder sangrai,mengakibatkan daya yang dibutuhkanmenjadi sangat besar. Salah satu penyebabterjadinya kehilangan daya adalah adanyahambatan atau friksi dalam suatu sistempenerusan daya (Henderson & Perry, 1970).

Kebutuhan daya untuk menggerakkanmesin sangrai mengikuti persamaan regresilinier Y = 10,5X + 547,17 dengan nilaikoefisien korelasi 0,9992. Dalam hal ini X

5 Y = 0.1577X + 3.9064 0.9984

7 Y = 0.3596X - 17.151 0.9894

9 Y = 0.2936X - 8.2766 0.9998

Tabel 2. Persamaan linier regresi untuk memprediksi kapasitas kerja mesin sangrai

Table 2. Linier regression equations for predicting of a horizontal cylinder type cocoa roaster capacity

Beban sangrai, kgRoasting charge, kg

Persamaan garis linier regresiLinier regression equations

Koefisien korelasi, rCorrelation coef, r

Keterangan (Notes) : X adalah suhu sangrai (OC) dan Y adalah kapasitas kerja mesin (kg/jam). X is roasting temperature (OC) and Y is capacity (kg/h).

6000.n...2, kWP .............................. 6

Page 18: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

153

adalah beban sangrai (kg) dan Y adalah daya(Watt). Persamaan tersebut dapat digunakanuntuk memprediksi daya yang dibutuhkanuntuk menggerakkan silinder sangrai besertabebannya dan hanya berlaku pada kisaranbeban sangrai antara 5—9 kg/batch.

Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar merupakan salah satukomponen penting yang akan sangatberpengaruh pada kesempurnaan prosespenyangraian. Menurut Smith & Van Ness(1985), salah satu faktor yang sangatberpengaruh terhadap kesempurnaan reaksipembakaran adalah kemampuan bercampur(mixing) antara senyawa hidrokarbon yangterkandung di dalam bahan bakar denganoksigen dari udara. Jenis bahan bakar yang

digunakan sebagai sumber panas penyang-raian adalah minyak tanah yang memilikinilai panas sebesar 40.071 kJ/kg.

Kebutuhan bahan bakar minyak tanahuntuk proses sangrai dengan beberapaperlakuan suhu penyangraian ditampilkanpada Gambar 13. Kebutuhan bahan bakarminyak sebagai sumber panas akan semakinmeningkat dengan semakin tingginya suhuruang sangrai dan beban penyangraian.Tabel 3 menunjukkan persamaan regresi linierdan koefisien korelasi hubungan antara suhudi dalam silinder sangrai dengan kebutuhanbahan bakar. Persamaan regresi linier tersebutberguna untuk memprediksi bahan bakaryang dibutuhkan untuk satu kali prosespenyangraian jika mesin sangrai beroperasipada kisaran suhu sangrai antara 110—130OCdengan beban sangrai antara 5—9 kg dan

Gambar 12.Daya yang dibutuhkan mesin sangrai pada beberapa beban penyangraian.

Figure 12. Power consumption from several roasting charge treatments.

200

300

400

500

600

700

100

0

Day

a, w

att (

Pow

er, w

att)

0 5 7 9

Beban sangrai, kg (Roasting change, kg)

Page 19: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

154

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

telah diperoleh suhu ruang sangrai yangdikehendaki (tanpa proses pemanasan awal).

Sri-Mulato (2002) menyebutkan bahwaefisiensi pembakaran bahan bakar minyakantara 50—75%. Selain memiliki viskositasyang tinggi, minyak tanah pada kondisilingkungan berbentuk fase cair dan sukarbercampur secara sempurna dengan oksigen(fase gas). Hal tersebut dapat menyebabkanproses pembakaran menjadi kurangsempurna, dan produksi panas pembakaranmenjadi tidak optimum. Salah satu carameningkatkan efisiensi pembakaran minyakadalah dengan cara evaporasi atau atomisasi.Bentuk fisik minyak tanah yang semula cairdikonversi menjadi fase gas sebelumdimasukkan ke dalam alat pembakar. Olehkarena itu, mesin sangrai tipe silinderhorisontal menggunakan alat pembakar(burner) minyak tanah tipe evaporasi danatomisasi yang bekerja secara berurutan.

Mutu Produk

Kualitas cita rasa cokelat dapat di-ketahui melalui uji cita rasa (organoleptic

test). Selama proses penyangraian, biji kakaomengalami perubahan fisik maupun kimiayang menyebabkan kehilangan berat cukupsignifikan karena penguapan air dan beberapasenyawa kimia volatil serta pirolisis senyawahidrokarbon atau reaksi pencokelatan(Maillard process). Oleh karena itu, selainkeberadaan senyawa calon cita rasa,kesempurnaan reaksi sangrai dipengaruhioleh faktor panas dan waktu penyangraian(Davids, 1996; Sivetz & Desrosier, 1979).

Beberapa parameter cita rasa pasta kakaoyang diperoleh dari beberapa perlakuanproses sangrai ditampilkan pada Tabel 4.Parameter cita rasa tersebut meliputi aroma,flavour, acidity, bitternes, astrigency danburnt dengan kisaran nilai 0 (tidak ada)sampai dengan 10 (tinggi) dan parameterkesukaan dengan kisaran nilai 1 (sangat tidaksuka) sampai dengan 5 (sangat suka).

Cita rasa dan aroma khas cokelat akanterbentuk selama proses penyangraian.Tingkat sangrai sangat berpengaruh terhadappembentukan komponen-komponen cita rasadan aroma, serta tingkat kesukaan konsumen

5 Y = 0.004X – 0.2433 0.9796

7 Y = 0.0045X – 0.2033 0.9959

9 Y = 0.0025X + 0.0767 0.9868

Tabel 3. Persamaan linier regresi untuk memprediksi kebutuhan bahan bakar

Table 3. Linier regression equations for predicting of kerosene consumption

Beban sangrai, kgRoasting charge, kg

Persamaan garis linier regresiLinier regression equations 

Koefisien korelasi, rCorelation coef, r

Keterangan (Note) : X adalah suhu sangrai (OC) dan Y adalah kebutuhan bahan bakar (liter).

X is roasting temperature (OC) and Y is kerosene consumption (litre).

Page 20: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

155

terhadap pasta cokelat yang dihasilkan.Secara umum, Tabel 4 menunjukkan bahwapengembangan aroma dan flavour cokelatterjadi dengan semakin tingginya suhupenyangraian. Menurut Lopez & Mc Donald(1981), rasa dan aroma cokelat dapatdikembangkan selama proses sangrai. Rasadan aroma cokelat sangrai sangat ditentukanoleh suhu dan lama penyangraian, kadar air,ukuran biji dan bentuk biji (Lopez & McDonald, 1981). Namun demikian, pengen-dalian proses sangrai yang kurang baikdapat menyebabkan pasta cokelat yangdihasilkan akan memiliki cita rasa hangusatau gosong (burnt). Fenomena tersebutterjadi karena energi panas yang berlebihandigunakan untuk proses pirolisis yang padadasarnya merupakan reaksi dekomposisi

senyawa hidrokarbon yang terkandung didalam biji kakao (Sivetz & Desrosier, 1979).

Rasa bitterness disebabkan olehkandungan theobromin dan antosianin padakakao. Biji kakao yang tidak terfermentasikandengan baik akan memiliki kandungantheobromin dan antosianin yang tinggi(Yusianto et al., 1997). Rasa astringencydapat disebabkan oleh kandungan antosianinpada biji kakao. Antosianin sebagian teruraiselama proses fermentasi berlangsung karenamasuknya asam pada keping biji (Yusiantoet al., 1997). Rasa acidity disebabkan olehasam asetat dan asam laktat hasil fermentasi(Jinap, 1994). Dengan semakin tebal pulpayang menempel pada permukaan biji makapotensi rasa acidity yang dihasilkan akanlebih tinggi (Clapperton, 1994). Parameter

Gambar 13.Kebutuhan bahan bakar minyak untuk satu kali proses penyangraian.

Figure 13. Kerosene consumption for a time roasting process.

110 120 130

Kon

sum

si b

ahan

bak

ar, l

iter

Ker

osen

e co

nsum

pion

, litr

e

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.05

0

0.40

0.45

110 120 130

Suhu sangrai, OC (Roasting temperatur, OC)

5 kg 7 kg 9 kg

Page 21: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

156

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

rasa bitterness, acidity dan astringency lebihbanyak dipengaruhi oleh kondisi pengolahansebelumnya, yaitu proses fermentasi danpengeringan. Salah satunya terlihat darikadar kulit (shell) bahan uji yang relatifcukup tinggi yaitu antara 14—16%, sementarakadar yang diperkenankan adalah 13%(DSN, 2002).

Dari penilaian panelis diketahui bahwatingkat kesukaan tertinggi diperoleh padaperlakuan suhu sangrai 120OC dengan bebansangrai 7 kg. Nilai dari beberapa parametercita rasa adalah aroma, flavour, acidity, bit-terness, astringency, dan burnt masing-masing 4,8; 5,2; 5,4; 5,2; 4,8 dan 0,8 padaskala 10. Panelis memberikan nilai terhadaptingkat kesukaan sebesar 4,2 pada skala 5.

KESIMPULAN

Kinerja optimum untuk memperolehtingkat kesukaan pasta cokelat terbaik

diperoleh pada beban sangrai 7 kg, dan suhupenyangraian 120OC. Kapasitas kerja yangdiperoleh sebesar 25,57 kg/jam. Nilai daribeberapa parameter cita rasa antara lainaroma, flavour, acidity, bitterness, astrin-gency dan burnt masing-masing 4,8; 5,2;5,4; 5,2; 4,8 dan 0,8 pada skala 10. Panelismemberikan nilai terhadap tingkat kesukaansebesar 4,2 pada skala 5. Waktu sangraiuntuk memperoleh kadar air 2,5—3%diperoleh setelah proses penyangraianberlangsung antara 15—25 menit, tergantungsuhu dan beban penyangraian.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapakan terima kasihkepada Sdr. Eko Budi Moertanto, maha-siswa Jurusan Teknik Pertanian, FakultasTeknologi Pertanian, Universitas Jember atassegala bantuan yang telah diberikan sampaidengan selesainya kegiatan penelitian ini.

 

               

Tabel 4. Hasil uji cita rasa pasta cokelat dari beberapa perlakuan penyangraian

Table 4. Organoleptic score of chocolate paste from several roasting treatments

A1 3 3 5.2 5.4 4.8 1.8 2.6

A2 4.4 4.4 5.2 5 4.4 2.2 4

A3 4.8 4.8 5.8 5.6 5.4 2.4 3.4

B1 4.6 4.6 5.2 5 4.6 1 3.8

B2 4.8 5.2 5.4 5.2 4.8 0.8 4.2

B3 4.6 4.8 4 4 3.2 0.8 3.2

C 1 4.6 4.6 5.8 6 5.2 0.7 3.2

C 2 4.6 4 6 5.6 5 0.8 3

C 3 3.8 3.8 4.6 5.8 4.8 0.6 3.2

Nilai [Score]KodeCode

Aroma Flavour Acidity Bitterness Astrigency Burnt Kesukaan Likely

Page 22: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

Optimasi mesin sangrai tipe silinder horizontal untuk penyangraian biji kakao

157

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, U.; I D.M. Subrata & S. Gunayanti(2004). Pemutuan buah manggaberdasarkan penampakannya meng-gunakan pengolahan citra. JurnalKeteknikan Pertanian, 18, 1—8.

Badan Agribisnis Departemen Pertanian (1998).Standar Prosedur Operasional (SPO)Biji Kakao di Tingkat Hilir. BadanAgribisnis Departemen Pertanian,Jakarta.

Budiastra, I.W.; D. Saputra & H.K. Purwadaria(1995). Pengkajian sifat fisik manggagedong dengan image processing.Prosiding Seminar Peranan PenelitianTeknik Pertanian dalam Menunjang EraIndustrialisasi Pertanian, Bogor.

Clapperton, J.F. (1994). A review of researchto identify the origins of cocoa flavourcharacteristics. Cocoa GrowersBulletin, 48, 7—16.

Davids, K. (1996). Home Coffee Roasting.St. Martin’s Griffin, New York.

Dewan Standarisasi Nasional (2002). StandarNasional Indonesia : Biji Kakao. SNINo. 01-2323-2002. DepartemenPertanian, Jakarta.

Henderson, S.M. & Perry (1970). AgriculturalProcess Enginering. Second Edition.The AVI Publishing, Westpot,Conneticut.

Jinap, S. (1994). Organic acids in cocoa beans :review. (Abstracts) Cocoa Growers Bul-letin, 48, 65—66.

Jinap, S.; W.I. Wan Rosli ; A.R. Russly &L.M. Nordin (1998). Effect roastingtime and temperature on volatile com-ponent profiles during nib roasting ofcocoa beans (Theobroma cacao). J. Sci.Food. Agric., 77, 441—448.

Kleinert, I.J. (1966). Some Easpects of CocoaBean Roasting. Twenty Years ofConfectionary and Chocolate Progress.The AVI Publishing Company, Inc.Wesport, Conecticut.

Lopez, A.S. & Mc. Donald (1981). A defini-tion of descriptors to be used for thequalification of chocolate flavours inflavor testing, Revista Theobroma, 11,209—217.

Lopez, A.S. & Mc. Donald (1981). A defini-tion of descriptors to be used for thequalification of chocolate flavours inflavor testing, Revista Theobroma, 11,209—217.

Sivetz, M. & N.W. Desrosier (1979). CoffeeTechnology. The AVI Publ. Inc., Con-necticut.

Smith, J.M. & H.C. Van Ness (1985). Intro-duction to Chemical Engineering Ther-modynamics. 3rd ed. International Stu-dent Edition. McGraw-Hill Book Com-pany Inc., Kogakusha. Tokyo.

Sri-Mulato (2002). Perancangan dan pengujianmesin sangrai biji kopi tipe silinder.Pelita Perkebunan, 18, 31—45.

Sri-Mulato; S. Widyotomo; Misnawi &E. Suharyanto (2005). Pengolahanproduk primer dan sekunder kakao.Edisi II. Pusat Penelitian Kopi danKakao Indonesia, Jember.

Sri-Mulato; O. Atmawinata; Yusianto; Handaka& W. Muehlbauer (1997). Kinerjamodel unit sentralisasi pengolahankakao rakyat skala kelompok tani.Pelita Perkebunan, 13, 100—114.

Suhargo (2001). Daya Saing Kakao dan ProdukKakao, Training Quality Assurance inCacao Processing. Program StudiTeknologi Hasil Perkebunan, FTP,UGM. Yogyakarta.

Page 23: Optimasi Mesin Sangrai Tipe Silinder Horizontal untuk ...iccri.net/download/Pelita Perkebunan/vol_22_no_2_agustus_2006... · dan Kakao Indonesia telah merancang dan menguji—coba

158

Widyotomo, Sri-Mulato dan Suharyanto

Suroso & F. Maulani (2003). Evaluasi mutuketimun Jepang (Cucumis sativus L.)berdasarkan bentuk dengan perceptron.Buletin Keteknikan Pertanian, 17, 14—21.

Syarief, R. & H. Halid (1993). TeknologiPenyimpanan Pangan. ARCAN, Jakarta.

Widyotomo, S.; Sri-Mulato; O. Atmawinata &Yusianto (1998). Kinerja mesin sortasibiji kakao tipe silinder tunggalberputar. Pelita Perkebunan, 14, 197—210.

Wirakartakusumah, M.A.; S. Hardjo &P. Haryadi (1988). Rekayasa ProsesPangan. Program Pascasarjana, InstitutPertanian Bogor.

Yusianto; H. Winarno & T. Wahyudi (1997).Mutu dan pola cita rasa biji beberapaklon kakao lindak. Pelita Perkebunan,13, 171—187.

***********