BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Tanaman bengkuang (Pachyrrhizus erosus) dikenal baik oleh masyarakat

kita. Umbi tanaman bengkuang biasa dimanfaatkan sebagai buah atau bagian dari

beberapa jenis masakan. Umbi tersebut bisa dimakan segar, dibuat rujak, ataupun

asinan. Kulit umbinya tipis berwarna kuning pucat dan bagian dalamnya berwarna

putih dengan cairan segar agak manis. Umbinya mengandung gula dan pati serta

forfor dan kalsium. Umbi ini memiliki efek pendingin karena mengandung kadar air

86-90% (Assaori, 2010). Bengkuang merupakan tanaman yang memiliki banyak

fungsi. Umbi bengkuang juga mengandung agen pemutih (whitening agent) yang

dapat memutihkan dan menghilangkan tanda hitam dan pigmentasi di kulit.

Bengkuang juga mengandung vitamin C dan senyawa fenol yang dapat befungsi

sebagai sumber antioksidan bagi tubuh.

Bengkuang (Pachyrhizus spp.= yam bean) adalah tanaman polong

termasuk hortikultura yang mempunyai potensi yang sangat baik untuk

dikembangkan karena manfaat dari tanaman bengkuang ini sangat banyak

diantaranya adalah: 1) umbi bengkuang mengandung inulin yang tidak dapat

dicerna sehingga dapat digunakan sebagai pengganti gula, 2) dapat diolah sebagai

bahan makan, 3) sebagai bahan dasar obat untuk penyakit kanker, diabetes

mellitus, nyeri perut, 4) sebagai bahan dasar kosmetik (Astawan, 2010)

Bengkuang merupakan tanaman polong yang memiliki potensi industri

yang cukup besar. Hasil analisis 100 g umbi segar memperlihatkan bahwa

bengkuang (Pachyrhizus erosus) memiliki kandungan air sebesar 78%–94%, 2.1

g–10.7 g pati, 1 g–2.2 g protein, 0.1 g–0.8 g lemak, 14 g–21 g vitamin C, dan 22

kalori – 58 kalori energi (Sorensen, 1996). Berdasarkan asumsi rata-rata hasil 35 t/

ha, bobot kering berkisar 6%–22% per 100 g ubi segar, kandungan pati 50%

bahan kering dan protein 10%, kandungan pati dan protein yang dihasilkan oleh

bengkuang per hektarnya mencapai 1.05 t – 3.85 t pati dan 0.21 t – 0.77 t protein.

Fakta ini mengindikasikan bahwa bengkuang sebenarnya merupakan sumber pati

dan protein yang cukup potensial, oleh karena itu, industri tepung kaya protein

berbasis bengkuang sangat memungkinkan untuk dikembangkan (de Melo dkk.,

1994).

Proses pembuatan tepung bengkuang dengan cara pengeringan.

Pengeringan merupakan proses pengeluaran air dari suatu bahan menuju

kandungan air kesetimbangan dengan udara sekeliling karena ada perbedaan

kandungan uap air antara media pengering dengan bahan yang dikeringkan.

Pengeringan diartikan juga sebagai proses pemisahan atau pengeluaran air dari

suatu bahan yang jumlahnya relatif kecil dengan menggunakan panas, atau

diartikan sebagai suatu penerapan panas dalam kondisi terkendali, untuk

mengeluarkan sebagian air dalam bahan pangan melalui evaporasi. Operasi

pengeringan ini dapat dilakukan dengan cara menghembuskan udara atau gas

panas yang tidak jenuh pada bahan yang akan dikeringkan (Effendi, 2009).

Dengan adanya aliran udara maka udara yang sudah jenuh dapat diganti oleh

udara kering sehingga proses pengeringan berjalan terus.

Proses pengeringan bahan pangan dapat dilakukan secara alami dengan

bantuan energi matahari, pengangin-anginan, dan dengan menggunakan alat

pengering. Masing-masing metode pengeringan mempunyai kelebihan dan

kekurangan. Pengeringan menggunakan sinar matahari tergantung kepada cuaca.

Suhu, kelembaban, maupun kecepatan udara tidak dapat diatur, sehingga produk

pengeringan tidak seragam. Dengan pengeringan alami ini, mutu bahan yang

kering hasil penjemuran umumnya lebih rendah daripada hasil pengeringan

dengan alat. Hal ini disebabkan waktu pengeringan yang lama, keadaan

pengeringan, dan sanitasi tidak dapat dijaga dan diawasi, sehingga kemungkinan-

kemungkinan terjadinya kerusakan selama pengeringan sangat besar (Effendi,

2009).

Dalam proses pengeringan, kandungan air dipisahkan dari bahan padat

biasanya diangkut oleh medium pengering (pemanas) dan dapat juga

menggunakan udara yang mengalir. Adanya udara kering akan mempercepat

besar gaya dorong air keluar dari struktur bahan. Daya pendorong sehingga dapat

terjadi pemisahan air pada proses pengeringan adalah adanya beda konsentrasi air

pada media pengering dengan permukaan padatan, dibantu tersedianya energi

panas yang cukup (Perry, 2008).

Dalam pengeringan bahan pangan diinginkan kecepatan pengeringan yang

maksimum. Berbagai cara dilakukan untuk mempercepat perpindahan massa dan

perpindahan panas selama proses pengeringan. Terdapat beberapa faktor yang

mempengaruhi kecepatan pengeringan, antara lain luas permukaan bahan, suhu,

kecepatan pergerakan udara, dan lama pengeringan (Estiasih dan Ahmadi, 2009).

1. Luas Permukaan Bahan

Kecepatan pengeringan akan semakin cepat jika luas permukaan bahan

diperbesar. Hal ini dapat dilakukan dengan memotong bahan yang akan

dikeringkan menjadi bagian yang lebih kecil. Dalam proses pengeringan, air

menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang berada di bagian

tengah bahan akan menuju ke bagian permukaan dan kemudian menguap.

Luas permukaan bahan yang besar menyebabkan permukaan yang berkontak

dengan medium pemanas menjadi lebih banyak, air lebih mudah mendifusi

atau menguap dari bahan sehingga bahan menjadi lebih cepat kering.

(Estiasih dan Ahmadi, 2009).

2. Beda Suhu dengan Udara sekitarnya

Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan yang

dipanaskan, makin cepat perpindahan panas ke dalam bahan sehingga akan

mempercepat penguapan air dari bahan pangan (Estiasih dan Ahmadi, 2009).

Jadi semakin tinggi suhu pengeringan maka proses pengeringan akan semakin

cepat. Apabila suhu pengeringan yang dipakai terlalu tinggi, dapat

menyebabkan kerusakan pada bahan yang tidak tahan terhadap suhu tinggi

(Effendi, 2009).

3. Kecepatan Alir Udara Pengering

Faktor lain yang harus diperhatikan jika menggunakan udara sebagai medium

pemanas adalah kecepatan pergerakan udara. Dengan adanya udara yang

bergerak, uap air dari permukaan bahan akan hilang, sehingga akan mencegah

permukaan bahan menjadi jenuh yang pada akhirnya dapat menghambat

proses penghilangan air dari permukaan bahan. Dengan adanya sirkulasi

udara yang baik disekitar tempat pengeringan, maka uap air akan semakin

mudah dan cepat terbawa oleh udara pengering, sehingga proses pengeringan

akan semakin cepat (Estiasih dan Ahmadi, 2009).

Dalam pemilihan alat pengering yang akan digunakan untuk melakukan

proses pengeringan tergantung dari beberapa faktor, antara lain bentuk bahan yang

akan dikeringkan (berupa butiran atau berbentuk lembaran), jenis pengering

(beroperasi secara batch atau kontinyu), cara kontak udara pengering dengan

bahan yang akan dikeringkan, sifat bahan yang akan dikeringkan (dapat tahan atau

tidak terhadap suhu pengeringan yang tinggi), dan sifat ketahanan bahan terhadap

kontaminasi dari luar (udara), kontak antara udara pengering dengan bahan bisa

langsung atau tidak langsung (Pramudono, 1988). Pengeringan yang dipakai

dalam penelitian ini adalah pengeringan buatan menggunakan oven jenis tray

dryer.

Kusumastuti (2010), melakukan penelitian dengan pengeringan labu

kuning dengan variabel peubah suhu dan waktu, dengan variasi suhu 60oC, 70oC

dan 80oC dan pengeringan dilakukan sampai mendapatkan berat konstan. Laju

pengeringan pada berbagai temperatur semakin lama akan semakin menurun.

Titik optimum laju pengeringan terjadi pada menit ke 30. Pengeringan pada

variabel temperatur 60oC mempunyai berat konstan yaitu 28,87 gram dengan

kadar air 14,44%, Pengeringan pada variabel temperatur 70oC mempunyai berat

konstan 22,78 gram dengan kadar air 11,39% dan pengeringan pada variabel

temperatur 80oC mempunyai berat konstan 21,15 gram dengan kadar air 10,58%.

Suatu benda padat yang basah apabila dikontakkan dengan udara dengan

kelembaban yang lebih rendah dari kandungan uap air benda padat tersebut, maka

benda padat itu, maka benda padat tersebut akan melepaskan sebagian airnya

sampai keadaan setimbang dengan kandungan uap air udara pengering. Udara

yang digunakan dalam proses pengeringan tidak berada dalam keadaan benar-

benar kering, tetapi mengandung uap air dan mempunyai kelembaban relatif

tertentu. Jika udara mempunyai kelembaban yang lebih besar dari benda padat

yang berkeseimbangan dengan udara itu, maka benda padat akan menyerap uap

air dari udara sampai terjadi keseimbangan. Pada pengeringan menggunakan

udara dengan kelembaban tertentu, kandungan uap air dalam zat padat yang

keluar dari alat pengering tidak dapat kurang dari batas kesetimbangan kandungan

uap air bahan yang dikeringkan terhadap udara pengering (McCabe, 2001).

Menurut Geankoplis (1983), kurva kecepatan pengeringan diperoleh dari

data berat total dari bahan basah (bahan kering dan kandungan air) pada setiap

waktu (t) dalam periode pengeringan. Kadar air dalam suatu bahan yang

dikeringkan dapat ditentukan dengan menggunakan kadar air berbasis kering:

.........................(1)

dengan :

Xt = kadar air

M = berat padatan basah (padatan kering dan air), kg

MK = berat padatan kering, kg

Dalam kondisi pengeringan yang konstan, nilai kandungan air kesetimbangan X*

(kg air kesetimbangan/kg padatan kering) dapat ditetapkan. Dengan menggunakan

data X* maka nilai kandungan air bebas (free moisture content, X) dapat dihitung

dari persamaan sebagai berikut:

X = Xt – X* ………………(2)

Dengan menggunakan data yang terhitung dari persamaan (2), dapat dibuat

hubungan antara kandungan air bebas (X) sebagai fungsi waktu pengeringan (t).

Untuk mendapatkan kurva kecepatan pengeringan dari data tersebut, dilakukan

perhitungan mencari nilai perubahan kandungan air yang hilang X dalam waktu

selama t. Kecepatan pengeringan (R) dapat dituliskan sebagai berikut

(Geankoplis, 1983) :

………………(3)

dengan :

R = kecepatan pengeringan, kg H2O/m2 s

MK = berat padatan kering, kg padatan kering

A = luas permukaan padatan yang berkontak dengan udara pengering, m2

X = kandungan air dalam padatan, gram air/gram padatan kering

t = waktu pengeringan, jam

Untuk mendapatkan nilai kecepatan pengeringan dapat juga dengan cara

menentukan nilai dX/dt pada setiap t, dan nilai R dapat dihitung menggunakan

persamaan (4).

………………(4)

Persamaan (4) di atas diselesaikan dengan cara mengintegralkan menggunakan

kondisi batas pada saat t1 = 0, nilai X = X1, dan pada saat t2 = t nilai X = X2 ,

sehingga diperoleh persamaan (7).

………………(5)

………………(6)

………………(7)

dengan :

X1 = kandungan air bebas awal

X2 = kandungan air bebas akhir

Tipe kurva pengeringan sangat berkaitan dengan mekanisme bagaimana

suatu pengeringan berlangsung. Salah satu tipe kurva pengeringan yang

dinyatakan dengan grafik hubungan antara kandungan uap air terhadap kecepatan

pengeringan seperti terlihat pada Gambar 1 (Foust, et al.,2004).

Gambar 1. Kurva Pengeringan, Kecepatan Pengeringan sebagai Fungsi dari

Kandungan Uap Air

Laju pengeringan dalam proses pengeringan suatu bahan pangan

mempunyai arti penting, karena laju pengeringan menggambarkan bagaimana

cepatnya pengeringan tersebut berlangsung. Laju pengeringan diperlukan untuk

merencanakan waktu pengeringan dan memperkirakan ukuran alat yang

digunakan untuk pengeringan suatu bahan tertentu. Tahap pengeringan dalam

kurva pengeringan dapat dibagi menjadi beberapa tahap (Effendi, 2009), yaitu:

a. tahap penyesuaian akibat pemanasan bahan sampai terjadi penguapan

(garis AB),

b. tahap kecepatan pengeringan konstan, dimulai dari B ke C,

c. tahap kecepatan pengeringan menurun pertama dimulai dari C ke D, dan

d. tahap kecepatan pengeringan menurun kedua dimulai dari D ke E.

Kandungan air pada saat akhir dari kecepatan pengeringan tetap disebut

kandungan air kritis (Nc). Pada titik ini, pergerakan cairan menuju permukaan

padatan menjadi tidak dapat cukup untuk menggantikan cairan yang menguap.

Pada saat periode pengeringan yang tetap, X1 dan X2 mempunyai nilai yang lebih

besar dari nilai kandungan air kritis Xc sehingga R = Rc (Geankoplis, 1983). Waktu

untuk mencapai kandungan air kritis (tC) didefinisikan dalam persamaan (8)

sebagai berikut:

………………(8)

Pada tahapan pengeringan dengan kecepatan tetap, permukaan padatan yang

berkontak dengan aliran udara pengering masih basah. Pengeringan bahan terjadi

karena transfer massa dari uap air dari permukaan bahan yang jenuh melalui

lapisan film udara ke badan udara atau lingkungan. Kecepatan penghilangan air

(pengeringan) dikontrol oleh kecepatan transfer panas ke permukaan, yang

dilengkapi panas laten penguapan air. Pada keadaan steady state, kecepatan

transfer massa sama dengan kecepatan transfer panas. Pada proses pengeringan

bahan pangan menggunakan aliran udara panas sebagai medium pengering ini,

untuk menurunkan persamaan pengeringan diasumsikan perpindahan panas yang

terjadi adalah perpindahan panas konveksi dari aliran gas panas ke permukaan

padatan, sedangkan perpindahan panas yang terjadi secara konduksi dan radiasi

dapat diabaikan. Persamaan yang digunakan untuk mengevaluasi jumlah panas

yang diperlukan adalah sebagai berikut:

………………(9)

dengan:

q : jumlah panas, W (J/s)

h : koefisien perpindahan panas, Btu/jam °F

TW : suhu bola basah, °F

TD : suhu bola kering, °F

Sedangkan panas yang diperlukan untuk menguapkan air dari bahan yang

dikeringkan persatuan waktu pengeringan persatuan luas (pada periode kecepatan

pengeringan tetap), dengan mengabaikan perubahan panas sensible, dapat

dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

………………(10)

Dengan menggunakan persamaan (9) dan persamaan (10), maka harga koefisien

transfer panas dapat dievaluasi dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

………………(11)

dengan:

q / A : jumlah panas per satuan luas, J/s.m2

h : koefisien perpindahan panas, W/m2 K atau J/s.m2 K

λW : panas laten penguapan, J/kg

TW : suhu bola basah, °C

TD : suhu bola kering, °C