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).

Gambar 2-1. Kurva pengeringan (Hall 1957)

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

AB

C

D

E

M

t

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

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.

E

D

C BA

LP

M

Laju pengeringanmenurun

Laju pengeringan tetap

Me

dM/dt

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

15

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 Men) (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:

= 2K1.1M +

2K1.2T + 2K1.3P

= 2K2.1M +

2K2.2T + 2K2.3P

= 2K3.1M +

2K3.2T + 2K3.3P (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

16

secara merata didalam bahan yang homogen, analogi hukum Newton untuk

pendinginan pada persamaan (2.3) dipakai untuk analisis pengeringan.

= (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):

= 0

= exp (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 bahan-

bahan 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).

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(k1 t) + b exp(- k2 t)

7 Wang and Singh MR = 1 + a t + b t2

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 60o 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 0.01 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 1oC dan RH 2% sesuai dengan

standar (ASABE 2006). Kondisi pengeringan yang dapat dilakukan berada pada

selang suhu 30-80 oC 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 oC (diblansir)

selama 5 menit (Ertekin & Yaldiz 2004). Sampel temu putih kemudian diletakkan

20

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 oC dengan RH

20%, 40%, 60%, dan 80% serta laju aliran udara pengering v1 (0.8-0.9 m/s) dan

v2 (0.2-0.3 m/s) (Tabel 2.2) sedangkan untuk pengeringan temu lawak dilakukan

pada suhu 50, 60 dan 70 oC 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 oC

50 oC

60 oC

70 oC

Laju alira udara v1 (0.8-0.9 m/s) - v2 (0.2-0.3 m/s)

*) hanya v1

Tabel 2-3. Kondisi percobaan pengeringan lapisan tipis temu lawak

Suhu RH

20% 30% 40%

50 oC

60 oC

70 oC

Laju aliran udara 0.8-0.9 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 03000 g dan akurasi 0.01 g. Percobaan

dihentikan setelah berat sampel konstan. Kadar air akhir percobaan ditentukan

dengan mengeringkan sampel selama 24 jam pada suhu 103 2 oC dengan

memakai oven (Kashaninejad et al. 2003).

21

Model Matematika

Besarnya laju pengeringan selama percobaan dihitung dengan persamaan

berikut:

= +

(2.5)

dimana Mt dan Mt+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 R2) (Lee et al. 2004) sedangkan untuk menghitung

keragaman dalam kurva pengeringan digunakan standard error (SE) (Menges &

Ertekin 2006). Nilai R2

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 R2 dan semakin kecil nilai standard error

(SE) maka model semakin tepat. Persamaan kriteria statistik tersebut adalah

sebagai berikut:

= , ,

2=1

(2.6)

2 = 1 , ,

2=1

, 2

=1

(2.7)

dimana MRexp,i adalah rasio kadar air percobaan ke-i, MRpre,i adalah rasio kadar air

hitung ke-i, N adalah jumlah pengamatan, n adalah jumlah konstanta dalam model

pengeringan dan 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 R2 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 (Me) temu putih ditentukan dari kadar air akhir

pengeringan (Kashaninejad et al. 2007). Nilai ini digunakan untuk menghitung

rasio kadar air (MR) berdasarkan persamaan berikut:

= 0

(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.

Gambar 2-5. Kurva pengeringan temu putih pada suhu 40 oC (atas kiri), 50

oC

(atas kanan) dan 60 oC (bawah)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 120 240 360 480 600 720 840

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

40 C, 80%

40 C, 60%

40 C, 40%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

24

Gambar 2-6. Kurva pengeringan temu putih pada RH 20% (atas kiri),

40% (atas kanan) dan 60% (bawah)

Gambar 2-7. Pengaruh suhu terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar

air keseimbangan temu putih pada RH 40% & 60%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 20%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 40%

50 C, 40%

40 C, 40%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 60%

50 C, 60%

40 C, 60%

0

100

200

300

400

500

600

40% 60%

Tim

e (

min

)

Relative humidity

40 C

50 C

60 C

25

Gambar. 2-8. Pengaruh RH terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar

air keseimbangan temu putih pada suhu 50 & 60 oC

Gambar 2-9. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut waktu pada RH

20% (atas kiri), 40% (atas kanan) dan 60% (bawah)

0

100

200

300

400

500

600

50 C 60 C

Tim

e (

min

)

Temperature

20%

40%

60%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/

mn

t)

Waktu (menit)

60 C, 20%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/

mn

t)

Waktu (menit)

60 C, 40%

50 C, 40%

40 C, 40%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Waktu (menit)

60 C, 60%

50 C, 60%

40 C, 60%

26

Gambar 2-10. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut waktu pada suhu 60

oC (atas kiri), 50

oC (atas kanan) dan 40

oC (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 v1 (0.8-0.9 m/s) cenderung membuat laju pengeringan yang tinggi

pula sehingga proses pengeringan lebih cepat dibandingkan dengan laju aliran v2

yang rendah (0.2-0.3 m/s) dan sebaliknya.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Waktu (menit)

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

in)

Waktu (menit)

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 120 240 360 480 600 720 840

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/

mn

t)

Waktu (menit)

40 C, 80%

40 C, 60%

40 C, 40%

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).

.

Gambar 2-11. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan menurut MR pada RH

20% (atas kiri), 40% (atas kanan) dan 60% (bawah)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/

mn

t)

Moisture Ratio

60 C, 20%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

Pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Moisture Ratio

60 C, 40%

50 C, 40%

40 C, 40%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Moisture Ratio

60 C, 60%

50 C, 60%

40 C, 60%

28

Gambar 2-12. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan menurut MR pada suhu 60

oC (atas kiri), 50

oC (atas kanan) dan 40

oC (bawah)

Gambar 2-13. Pengaruh laju aliran udara pengeringan (v1 dan v2) terhadap waktu

pengeringan (kiri) dan laju pengeringan (kanan)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Moisture Ratio

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/m

nt)

Moisture Ratio

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(g/

mn

t)

Moisture Ratio

40 C, 80%

40 C, 60%

40 C, 40%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 120 240 360 480 600

MR

Waktu (menit)

suhu 50, RH 40%, v1

suhu 50, RH 40%, v2

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0 120 240 360 480 600

Laju

Pe

nge

rin

gan

(%

bk/

me

nit

)

KA (%bk)

suhu 50, RH 40%, v1

suhu 50, RH 40%, v2

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.

Gambar 2-14. Kurva sorpsi isotermis kadar air keseimbangan temu putih

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100

Kad

ar a

ir (

% b

k.)

Kelembaban nisbi (%)

40 C

50 C

60 C

70 C

30

Tabel 2-4. Kadar air keseimbangan (% bb.) temu putih

Suhu 40 oC 50

oC 60

oC 70

oC

RH 40% 60% 80% 20% 40% 60% 20% 40% 60% 20% 40%

v1 (0.8-0.9 m/s) 12.1 14.7 25.8 6.4 10.7 12.8 5.2 7.7 8.5 4.2 7.6

v2 (0.2-0.3 m/s) 17.6 25.9 - 8.4 14.2 20.7 7.1 9.6 15.2 5.6 9.0

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 0.0173 dan 1.0423 dengan

koefisien korelasi (R2) dan standard error (SE) masing-masing sebesar 0.85 dan

3.5, sehingga model persamaan Henderson untuk kadar air keseimbangan temu

putih dapat dituliskan sebagai berikut:

1 - RH = exp (- 0.0173 T Me1.0423

) (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

(oC)

RH (%)

KA Keseimbangan (Me)

Pengukuran Henderson Best fit

(% bk.) (% bb.) (% bk.) (% bb.) (% bk.) (% bb.)

40

20 - - 4.7 4.5 12.8 11.4

30 - - 7.4 6.9 13.1 11.6

40 13.8 12.1 10.4 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

50

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

60

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

70

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 R2 yang paling

tinggi dan standard error paling rendah yaitu 0.9990 dan 0.0079 dibandingkan

dengan 0.9924 dan 0.0226 untuk model Henderson-Pabis serta 0.9879 dan 0.0281

untuk model Lewis, sehingga model Page adalah persamaan yang paling mewakili

karakteristik pengeringan temu putih. Model Page memiliki nilai R2 dan SE

masing-masing pada kisaran 0.9965-0.9999 dan 0.0023-0.0181, model

Henderson-Pabis kisaran nilainya masing-masing 0.9793-0.9987 dan 0.0112-

0.0440 sedangkan Model Lewis kisaran nilainya adalah masing-masing 0.9682-

0.9968 dan 0.0143-0.0545. Pada model Lewis dan Page curve fitting terbaik

terjadi pada suhu dan RH pengeringan 60 oC dan 20%, sedangkan model

Henderson-Pabis pada suhu 70 oC dan RH 20%.

32

Gambar 2-15. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Lewis

Gambar 2-16. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Henderson-Pabis

Gambar 2-17. Kurva MR percobaan dan perhitungan dari model Page

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

Model Lewis

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

Model Lewis

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

Model H&P

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

Model H&P

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

50 C, 60%

50 C, 40%

50 C, 20%

Model Page

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360 420

MR

(M

ois

ture

Rat

io)

Waktu (menit)

60 C, 60%

60 C, 40%

60 C, 20%

Model Page

33

Tabel 2-6. Evaluasi statistik model pengeringan simplisia temu putih

Suhu

(oC)

RH

(%)

Model Lewis Model H&P Model Page

R2 SE R

2 SE R

2 SE

40

40 0.9962 0.0144 0.9973 0.0121 0.9978 0.0110

60 0.9865 0.0324 0.9910 0.0265 0.9988 0.0099

80 0.9682 0.0545 0.9793 0.0440 0.9965 0.0181

50

20 0.9960 0.0146 0.9975 0.0116 0.9989 0.0075

40 0.9865 0.0301 0.9914 0.0242 0.9994 0.0070

60 0.9834 0.0365 0.9895 0.0292 0.9989 0.0095

60

20 0.9968 0.0143 0.9981 0.0112 0.9999 0.0023

40 0.9852 0.0334 0.9905 0.0270 0.9994 0.0070

60 0.9811 0.0388 0.9889 0.0299 0.9993 0.0074

70 20 0.9959 0.0155 0.9987 0.0126 0.9999 0.0026

40 0.9911 0.0250 0.9945 0.0198 0.9997 0.0047

Rata-rata 0.9879 0.0281 0.9924 0.0226 0.9990 0.0079

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 (8/2) 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

(oC)

RH

(%)

Model

Lewis

Model

Henderson-Pabis Model Page

k k a k n

40

40 0.0140 0.0145 1.0413 0.0093 1.0925

60 0.0085 0.0091 1.0776 0.0025 1.2486

80 0.0037 0.0041 1.1176 0.0005 1.3599

50

20 0.0241 0.0252 1.0473 0.0143 1.1344

40 0.0183 0.0197 1.0858 0.0053 1.2917

60 0.0095 0.0103 1.0909 0.0023 1.2902

60

20 0.0320 0.0332 1.0411 0.0198 1.1320

40 0.0201 0.0217 1.0864 0.0058 1.3018

60 0.0118 0.0129 1.1060 0.0025 1.3345

70 20 0.0339 0.0353 1.0612 0.0188 1.2015

40 0.0225 0.0239 1.0920 0.0088 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 0.0041-

0.0353 1/menit, dan 1.0411-1.1176. 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.

Gambar 2-18. Kurva pengaruh suhu pengeringan terhadap konstanta

pengeringan

Untuk menyatakan hubungan antara konstanta pengeringan dan suhu

pengeringan digunakan persamaan berikut:

= exp( ) (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 R2

bervariasi antara 0.87-0.98 dan tertinggi pada tingkat RH 60%. Pada Tabel 2-9

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

30 40 50 60 70 80

Ko

nst

anta

k (

1/m

en

it)

Suhu (oC)

RH 20%

RH 40%

RH 60%

k Hitung

35

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% 0.0120 0.0158 0.87 0.0027

40% 0.0088 0.0147 0.91 0.0014

60% 0.0043 0.0180 0.98 0.0004

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 oC - 0.0226 0.0145 0.0158 0.0091 0.0088

50 oC 0.0252 0.0264 0.0197 0.0184 0.0103 0.0106

60 oC 0.0332 0.0310 0.0217 0.0213 0.0129 0.0127

70 oC 0.0353 0.0363 0.0239 0.0246 - 0.0152

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

Gambar 2-19. Kurva pengeringan temu lawak pada suhu 50 oC (atas kiri), 60

oC

(atas kanan) dan 70 oC (bawah)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 40%

50 C, 30%

50 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

60 C, 40%

60 C, 30%

60 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

70 C, 40%

70 C, 30%

70 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 20%

60 C, 20%

70 C, 20%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 30%

60 C, 30%

70 C, 30%

37

Gambar 2-20. Kurva pengeringan temu lawak pada RH 20% (atas kiri), 30%

(atas kanan) dan 40% (bawah)

Gambar. 2-21. Pengaruh suhu terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar

air keseimbangan temu lawak

Gambar. 2-22. Pengaruh RH terhadap waktu pengeringan untuk mencapai kadar

air keseimbangan temu lawak

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 40%

60 C, 40%

70 C, 40%

0

100

200

300

400

500

50 C 60 C 70 C

Wak

tu (

me

nit

)

Suhu

20%

30%

40%

0

100

200

300

400

500

20% 30% 40%

Wak

tu (

me

nit

)

RH

50 C

60 C

70 C

38

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 oC 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

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0 60 120 180 240 300 360

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Waktu (menit)

50 C, 20%

60 C, 20%

70 C, 20%

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0 60 120 180 240 300 360

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Waktu (menit)

50 C, 30%60 C, 30%70 C, 30%

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0 60 120 180 240 300 360 420

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Waktu (menit)

50 C,40%

60 C, 40%

70 C, 40%

39

pengontrol utama pergerakan air dalam bahan, hal yang sama terjadi pada

pengeringan temu putih.

.

Gambar 2-24. Pengaruh RH terhadap laju pengeringan temu lawak menurut MR

pada suhu 50 oC (atas), 60

oC (tengah) dan 70

oC (bawah)

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Dry

ing

Rat

e (

M

R/m

in)

Moisture Ratio

50 C, 20%

50 C, 30%

50 C, 40%

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Dry

ing

rate

(

MR

/min

)

Moisture Ratio

60 C, 20%

60 C, 30%

60 C, 40%

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Dry

ing

Rat

e (

M

R/m

in)

Moisture Ratio

70 C, 20%

70 C, 30%

70 C, 40%

40

Gambar 2-25. Pengaruh suhu terhadap laju pengeringan temu lawak menurut MR pada RH 20% (atas), 30% (tengah) dan 40% (bawah)

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Moisture Ratio

50 C, 20%

60 C, 20%

70 C, 20%

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Moisture Ratio

50 C, 30%

60 C, 30%

70 C, 30%

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Laju

pe

nge

rin

gan

(

MR

/me

nit

)

Moisture Ratio

50 C,40%

60 C, 40%

70 C, 40%

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 oC dan RH 40%.

Tabel 2-10. Kadar air keseimbangan (% bb.) temu lawak

Kondisi

pengeringan 20% 30% 40%

70 oC 7.0 7.7 7.9

60 oC 7.8 8.2 9.0

50 oC 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 R2 SE

70 oC 2699.6 5.8960 0.890 0.25

60 oC 264.77 5.1865 0.962 0.20

50 oC 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 R2 yang paling tinggi dan

standard error paling rendah yaitu 0.9988 dan 0.0085 dibandingkan dengan

0.9958 dan 0.0172 untuk model Henderson-Pabis serta 0.9932 dan 0.0217 untuk

model Lewis, sehingga model Page adalah persamaan yang paling mewakili

karakteristik pengeringan temu lawak. Model Page memiliki nilai R2 dan SE

masing-masing pada kisaran 0.9982-0.9996 dan 0.0056-0.0144, model

Henderson-Pabis kisaran nilainya 0.9935-0.9988 dan 0.0093-0.0233 sedangkan

Model Lewis kisaran nilainya adalah 0.9891-0.9980 dan 0.0116-0.0299. Pada

model Lewis dan Henderson-Pabis curve fitting terbaik terjadi pada suhu dan RH

pengeringan 70 oC dan 30%, sedangkan model Page pada suhu 60

oC 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

Gambar 2-26. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model Lewis

Gambar 2-27. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model

Henderson-Pabis

Gambar 2-28. Kurva MR percobaan dan perhitungan temu lawak dari model Page

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 40%

50 C, 30%

50 C, 20%

Model Lewis

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

60 C, 40%

60 C, 30%

60 C, 20%

Model Lewis

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 40%

50 C, 30%

50 C, 20%

Model H-P

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

60 C, 40%

60 C, 30%

60 C, 20%

Model H-P

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

50 C, 40%

50 C, 30%

50 C, 20%

Model Page

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 60 120 180 240 300 360

Mo

istu

re R

atio

Waktu (menit)

60 C, 40%

60 C, 30%

60 C, 20%

Model Page

44

Tabel 2-12. Evaluasi statistik model pengeringan simplisia temu lawak

Suhu

(oC)

RH

(%)

Model Lewis Model H&P Model Page

R2 SE R

2 SE R

2 SE

50

20 0.9919 0.0236 0.9951 0.0185 0.9984 0.0104

30 0.9951 0.0172 0.9965 0.0148 0.9966 0.0144

40 0.9949 0.0187 0.9968 0.0149 0.9982 0.0113

60

20 0.9912 0.0269 0.9948 0.0208 0.9995 0.0062

30 0.9902 0.0272 0.9940 0.0213 0.9996 0.0056

40 0.9913 0.0255 0.9951 0.0193 0.9996 0.0057

70

20 0.9972 0.0144 0.9979 0.0128 0.9987 0.0101

30 0.9980 0.0116 0.9988 0.0093 0.9993 0.0068

40 0.9891 0.0299 0.9935 0.0233 0.9996 0.0060

Rata-rata 0.9932 0.0217 0.9958 0.0172 0.9988 0.0085

Tabel 2-13. Nilai konstanta model pengeringan simplisia temu lawak

Suhu

(oC)

RH

(%)

Model

Lewis

Model

Henderson-Pabis Model Page

k k a k n

50

20 0.0156 0.0165 1.0656 0.0068 1.1918

30 0.0127 0.0132 1.0420 0.0087 1.0846

40 0.0108 0.0113 1.0484 0.0061 1.1216

60

20 0.0164 0.0174 1.0650 0.0070 1.1983

30 0.0156 0.0166 1.0718 0.0058 1.2263

40 0.0126 0.0134 1.0704 0.0049 1.2049

70

20 0.0283 0.0292 1.0279 0.0204 1.0884

30 0.0223 0.0230 1.0299 0.0165 1.0764

40 0.0154 0.0164 1.0730 0.0057 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 0.0113-0.0292 1/menit, dan 1.0279-1.0718.

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

45

gambar tersebut terlihat bahwa konstanta pengeringan meningkat secara

eksponensial terhadap suhu pada setiap level RH udara pengeringan.

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 R2 bervariasi antara 0.859-0.998

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% 0.0028 0.0323 0.859 0.0038

30% 0.0031 0.0285 0.991 0.0007

40% 0.0044 0.0188 0.998 0.0002

Tabel 2-15. Nilai k (1/menit) temu lawak percobaan dan hasil perhitungan

Suhu RH 20% RH 30% RH 40%

k k hitung k k hitung k k hitung

50 oC 0.0165 0.0143 0.0132 0.0129 0.0113 0.0112

60 oC 0.0174 0.0197 0.0166 0.0171 0.0134 0.0135

70 oC 0.0292 0.0272 0.0230 0.0228 0.0164 0.0163

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

40 50 60 70 80

Ko

nst

anta

k (

1/m

en

it)

Suhu (oC)

RH 20%

RH 30%

RH 40%

k hitung

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 oC 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 oC dan 70

oC.

3. Model Page adalah model yang paling sesuai untuk mewakili karakteristik

pengeringan temu putih dan temu lawak dengan nilai rata-rata koefisien

determinasi (R2) dan standard error (SE) masing-masing sebesar 0.9990 dan

0.0079 untuk temu putih serta 0.9988 dan 0.0085 untuk temu lawak.

4. Konstanta pengeringan temu putih dan temu lawak bervariasi menurut suhu

pengeringan pada selang 0.0041 dan 0.0353 menit-1

serta 0.0113 dan 0.0292

menit-1

. Semakin tinggi suhu pengeringan maka nilai konstanta pengeringan

temu putih dan temu lawak semakin tinggi pula.