III. METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di laboratorium Teknologi Agrokimia, Jurusan Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya Malang. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Juli 2013 3.2. Alat dan Bahan 3.2.1. Alat Peralatan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari, drum dari bahan galvanis (anti karat) dengan kapasitas 200 liter, mesin pengaduk dan pemasak tipe MDL 50 kapasitas 50 kg (750 Watt), separator sentrifugal pemisah cairan 1/4HP tipe JY09A-4 kapasitas 5 kg (250 Watt), mesin pengering tunnel dryer Lion Exhaust Fan YPE VF-15 141 kapasitas 20 kg (286 Watt), dan blender mill tipe Philips HR2068/20 kapasitas 2 liter (600 Watt) 3.2.2. Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain daun simplisia kering. Bahan tambahan yang digunakan antara lain air, abu “qi”, dan tepung tapioka.

Gambar 3.1. Simplisia Kering

23

3.3. Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian analisis keseimbangan neraca massa dan energi proses produksi skala ganda bubuk cincau hitam instan (Mesona palustris) ini adalah :

1. Bahan baku daun simplisia kering yang digunakan berasal dari daerah Ponorogo

2. Mesin yang digunakan untuk proses perebusan dan pengadukan pada penelitian ini adalah mesin pemasak dengan kapasitas 200 liter

3. Analisis uji kualitas menggunakan uji organoleptik dengan parameter warna, aroma, rasa, dan tekstur pada 30 orang panelis (umum). Analisis uji proksimat bubuk cincau hitam yakni kadar air, karbohidrat, dan serat kasar.

4. Analisis neraca massa dan energi dilakukan per-batch. Analisis tersebut meliputi jumlah massa dan energi yang digunakan, jumlah massa dan energi yang terakumulasi, jumlah massa dan energi yang hilang dan jumlah massa dan energi yang dihasilkan.

5. Analisis biaya proses pembuatan bubuk cincau hitam pada skala ganda

24

3.4. Metodologi Penelitian Penelitian ini akan dilakukan berdasarkan prosedur yang tertera pada Gambar berikut :

Gambar 3.2. Diagram Alir Prosedur Penelitian

3.4.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah Penelitian skala laboratorium adalah acuan dasar dalam memproduksi bubuk cincau hitam instan. Akan tetapi, diperlukan peningkatan kapasitas produksi apabila digunakan dalam sebuah industri kecil menengah. Peningkatan kapasitas akan mempengaruhi jumlah bahan baku dan pembantu, kebutuhan energi dan utilitas yang digunakan, serta mempengaruhi kualitas organoleptik, fisik dan kimia produk. Sehingga diperlukan sebuah penelitian penggandaan skala produksi bubuk cincau hitam instan

Pengamatan dan Pengumpulan Data Hasil Penelitian

Analisis Data : a) Neraca Massa b) Neraca Energi c) Efisiensi Massa dan Energi d) Uji Kualitas e) Biaya Proses

Pelaksanaan dan Penelitian Skala Ganda

Verifikasi Pustaka

Kesimpulan

Identifikasi dan Perumusan Masalah

25

berdasarkan acuan dasar perlakuan terbaik penelitian pendahuluan pada skala laboratorium. 3.4.2 Verifikasi Pustaka Penelitian pendahuluan pembuatan bubuk cincau hitam instan dilakukan dalam skala laboratorium. Pada penelitian skala laboratorium akan diperoleh perlakuan terbaik pada pembuatan produk. Dari penelitian pendahuluan tersebut diperoleh standar ketetapan neraca massa dan energi skala kecil. Dari hasil penelitian tersebut akan dibandingkan dengan proses produksi skala ganda. 3.4.3 Pelaksanaan Penelitian Skala Ganda Pelaksanaan penelitian skala ganda ini dilakukan berdasarkan perlakuan terbaik pada proses produksi bubuk cincau hitam instan pada skala laboratorium. Penggandaan skala produksi dilakukan dengan menambah volume bahan baku serta melakukan penyesuaian alat dan mesin yang digunakan berdasarkan kapasitas yang telah ditentukan. Proses pembuatan bubuk cincau hitam instan mulai dilakukan pada beberapa proses di bawah ini :

1. Bahan Baku Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan bubuk cincau hitam instan adalah daun simplisia kering (janggelan) yang berasal dari daerah Ponorogo.

2. Penimbangan Daun simplisia yang kering tersebut dilakukan penimbangan yang berfungsi sebagai penentu jumlah bahan yang digunakan dalam proses produksi bubuk cincau hitam instan

3. Pencucian Daun simplisia kering yang telah ditimbang dibersihkan dari kotoran seperti pasir dan tanah.

4. Perebusan Daun simplisia yang telah bersih dimasukkan ke dalam air yang telah dididihkan beserta dengan abu “qi” yang telah disiapkan.

26

5. Ekstraksi Setelah didinginkan ektrak simplisia dapat disaring, sedangkan ampasnya diperas dengan menggunakan pengepres sehingga ekstrak Komponen Pembentuk Gel (KPG) dapat keluar semua

6. Penirisan Penirisan dilakukan untuk memisahkan hasil ekstrak dengan ampas cincau hitam

7. Perebusan Kembali Ekstrak yang telah diperoleh dididihkan kembali

8. Pengeringan Pengeringan dilakukan dengan menggunakan alat pengering

9. Penggilingan Hasil dari pengeringan berupa serpihan kasar sehingga diperlukan penggilingan dan pengayakan agar diperoleh bubuk cincau hitam instan yang halus.

27

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Bubuk Cincau Hitam

Pengeringan

Penggilingan

Bubuk Cincau Hitam

Penuangan dalam loyang

Pemekatan

Serpihan

Perebusan 100oC

Penirisan

Ekstrak

Ampas

Simplisia

Sortasi

Penimbangan

Simplisia kering yang

jelek

28

Dryer

Mixer

E-10

E-13

P-2

P-3

P-4

Daun Cincau 1,25 kg

Air 18,75 liter

Ekstrak Cincau 12

liter

P-5Ampas daun 4,41 kg

Filtrat Cincau 238 gram

Cincau kering 158 gram

Bubuk Cincau 150 gram

P-6P-7

Gambar 3.4. Diagram Alir Kuantitatif Pembuatan Bubuk Cincau Hitam Skala Laboratorium (Widyaningsih(b), 2007)

29

29

3.4.4 Pengamatan dan Analisis Data 3.4.4.1 Analisis Data 3.4.4.1.1 Neraca Massa dan Energi Pengamatan yang dilakukan meliputi analisis keseimbangan massa dan energi proses produksi skala ganda bubuk cincau hitam instan. Analisis ini terdiri dari :

1. Perhitungan jumlah massa dan energi masuk yang digunakan dalam proses produksi

2. Perhitungan jumlah massa dan energi yang hilang selama proses produksi

3. Perhitungan jumlah massa dan energi yang terakumulasi selama proses produksi

4. Perhitungan jumlah massa dan energi keluar setelah proses produksi.

Proses analisis ini menerapkan hukum kekekalan massa dan energi sebagai berikut:

1. Analisis Jumlah Massa

�𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗ℎ 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗 𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚

𝑚𝑚𝑘𝑘 𝑑𝑑𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗�− �

𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗ℎ 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗 𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑘𝑘

𝑑𝑑𝑗𝑗𝑘𝑘𝑠𝑠 𝑑𝑑𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗� = �𝑝𝑝𝑘𝑘𝑘𝑘𝑗𝑗𝑝𝑝𝑗𝑗ℎ𝑗𝑗𝑦𝑦 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗

𝑑𝑑𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗�

atau

min – mout = ∆ msystem (Cengel, 2002).

Dalam menganalisis massa dengan berdasarkan teori di atas maka dapat diterapkan konsep seperti berikut :

�𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚� − �𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑘𝑘�+ �𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑠𝑠ℎ𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑗𝑗𝑘𝑘𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗

�

− �𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑠𝑠𝑚𝑚𝑑𝑑𝑦𝑦𝑚𝑚𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗

�

= (𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚𝑗𝑗)

30

Beberapa sistem yang diukur dalam perhitungan neraca massa dan energi adalah:

1) Sistem Perebusan dan Pengadukan

Mixer

Keterangan : 1. Jumlah daun cincau hitam yang akan diekstrak

(kg) 2. Jumlah abu “qi” yang digunakan selama

pendidihan (kg) 3. Jumlah air yang digunakan selama pemasakkan

(liter) 4. Jumlah air yang hilang (menguap) selama

pemasakkan (liter) 5. Jumlah cairan dari hasil pencampuran dan

pemasakkan (liter) Spesifikasi Mesin : a) Tipe : Drum b) Kapasitas : 200 liter c) Bahan : Galvanis (Anti Karat)

4

1 2

3

5

Fire Heater

Mixer

31

2) Sistem Penirisan

E-15

Keterangan: 5. Jumlah cairan dari hasil pencampuran dan

pemasakkan (liter) 6. Jumlah bahan yang tertinggal dalam mesin (kg) 7. Jumlah filtrat cincau hitam dari hasil penirisan

(liter) Spesifikasi : a) Tipe : Separator Sentrifugal Pemisah Cairan 1/4

HP tipe JY09A-4 b) Kapasitas : 5 kg / proses c) Dimensi : 50x65x60 cm d) Diameter : 40 cm

3) Sistem Pemekatan

Mixer

5 6

7

7

8

9

Fire Heater

Mixer

32

Keterangan : 7. Jumlah filtrat cincau hitam dari hasil penirisan

(liter) 8. Jumlah air yang hilang (menguap) selama

pemekatan (liter) 9. Jumlah cairan cincau hitam pekat (liter)

Spesifikasi Mesin : a) Tipe : MDL 50 b) Kapasitas : 50 kg / proses c) Bahan Tabung : Stainless Steel d) Dimensi total : 84 X 70 X 182 cm e) Tabung : Double Jacket / mantel (berisi minyak) f) Pengaduk : Otomatis

4) Sistem Pengeringan

Dryer

Keterangan: 9. Jumlah cairan cincau hitam pekat (liter)

10. Jumlah air yang hilang (menguap) selama pengeringan (liter)

Drier

9

10

11

Fire Heater

33

11. Jumlah serpihan yang dihasilkan dari proses pengeringan (kg)

Tabel 3.1. Spesifikasi Tunnel Dryer

5) Sistem Penggilingan

Keterangan: 11. Jumlah serpihan yang dihasilkan setelah proses

pengeringan (kg) 12. Jumlah serpihan yang tertinggal di mesin

penggiling (kg)

No Bagian Mesin Spesifikasi 1. Lorong - Bentuk : Balok memanjang

- Bahan : Stainless Steel - Kapasitas : 20 kg (berjumlah

60 buah loyang) - Dimensi lorong : 440 x 60 x 118 cm

2. Loyang - Bentuk : Persegi panjang - Bahan : Food Grade Stainless Steel - Kapasitas : Kapasitas masing-

masing loyang 600 g

- Dimensi Loyang : 32 x 52 x 2 cm

11

12

13

Blender

34

13. Jumlah bubuk cincau yang dihasilkan dari proses penggilingan (kg)

Spesifikasi : a) Tipe : Blender Mill Philips HR2068/20 b) Kapasitas : 2 Liter

2. Analisis Jumlah Energi

Analisis jumlah energi yang digunakan dengan menggunakan prinsip keseimbangan energi sebagai berikut :

Ein – Eout = ∆E (Cengel et al, 2002)

Analisis energi dapat menerapkan konsep berikut ini dengan mempertimbangkan teori di atas :

�𝑘𝑘𝑦𝑦𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚� − �𝑘𝑘𝑦𝑦𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑘𝑘� + �𝑘𝑘𝑦𝑦𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑠𝑠ℎ𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑗𝑗𝑘𝑘𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗

�

− �𝑘𝑘𝑦𝑦𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑦𝑦𝑗𝑗𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑠𝑠𝑚𝑚𝑑𝑑𝑦𝑦𝑚𝑚𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑘𝑘𝑗𝑗

�

= (𝑗𝑗𝑚𝑚𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑘𝑘𝑦𝑦𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑠𝑠)

Energi yang diukur pada proses pembuatan bubuk cincau hitam instan ini terbagi menjadi 2, yakni dalam bentuk panas dan kerja. Energi yang menghasilkan panas dari proses tersebut dapat diidentifikasi pada Energi yang masuk dapat diketahui dengan menggunakan formula :

Q = m Cavg(T2-T1) (Toledo, 1999)

35

1) Sistem ekstraksi dalam proses perebusan

Mixer

Keterangan : 1. Energi yang masuk 2. Panas yang dihasilkan 3. Energi yang hilang

Spesifikasi Mesin : a) Pemanas : LPG

2) Sistem penirisan pada mesin separator

E-15

Keterangan : 1. Energi yang digunakan untuk memutar 2. Energi yang hilang Spesifikasi : a) Tipe : Separator Sentrifugal Pemisah Cairan 1/4

HP tipe JY09A-4

Mixer

1 2

2

1

Fire Heater

3

36

b) Kecepatan putaran : 1400 rpm c) Daya : 250 Watt d) Jenis Energi : Listrik

3) Sistem pemekatan pada mesin

Mixer

Keterangan : 1. Energi yang masuk 2. Panas yang dihasilkan 3. Energi listrik untuk pemutar (mixer) 4. Energi yang hilang

Spesifikasi Mesin : a) Tipe : MDL 50 b) Daya Listrik : 750 Watt / 220 V c) Pemanas : LPG d) Transmisi RPM : 20-40 RPM

2

1

Mixer

Fire Heater

3 4

37

4) Sistem pengeringan pada tunnel dryer

Dryer

Keterangan : 1. Energi yang masuk 2. Panas yang dihasilkan 3. Energi listrik untuk memutar kipas 4. Energi yang hilang

Tabel 3.2. Spesifikasi Mesin Tunnel Dryer

No Bagian Mesin Spesifikasi 1. Kipas atau

blower - Daya : 187 watt dan 99 watt (Listrik) - Putaran Mesin : 1400 Rpm (0,85 A)

dan 1350 Rpm (0,45 A)

2. Kompor - Bahan Bakar : LPG (Panas)

1

2

Fire Heater

3

4

38

5) Sistem Penggilingan

Keterangan : 1. Energi untuk memutar gilingan 2. Energi yang hilang Spesifikasi : a) Tipe : Blender Mill Philips HR2068/20 b) Power : 600 Watt, 220-240 V, 50-60 Hz c) Jenis Energi : Listrik

Dalam pertimbangan neraca energi juga terdapat perhitungan efisiensi energi untuk menentukan seberapa banyak energi yang digunakan untuk menghasilkan produk. Perhitungan efisiensi energi juga menggunakan konsep perbandingan antara output dengan input.

Efisiensi = (Output / Input) x 100% Perhitungan efisiensi energi dapat dihitung dalam setiap sistem, yakni :

1) Sistem Perebusan dan Pengadukan Dalam sistem ini mempertimbangkan energi untuk menghasilkan produk dengan energi yang digunakan untuk perebusan daun cincau yang digunakan.

2) Sistem Pengpresan Dalam sistem ini mempertimbangkan energi untuk menghasilkan jumlah filtrat cincau hitam dibandingkan dengan energi yang digunakan untuk mengepres.

3) Sistem Pengeringan

1 2

39

Dalam sistem ini mempertimbangkan energi untuk menghasilkan produk dibandingkan dengan energi gas yang digunakan menjadi panas untuk mengeringkan jumlah filtrat cincau hitam.

4) Sistem Penggilingan Dalam sistem ini mempertimbangkan energi untuk menghasilkan jumlah bubuk cincau hitam.dengan energi listrik yang digunakan untuk menggiling jumlah serpihan cincau yang telah dikeringkan.

3.4.4.1.2 Uji Organoleptik

Uji organoleptik merupakan penilaian secara indrawi dengan menggunakan indra yang dimiliki manusia dan bersifat subyektif terhadap karakteristik suatu sampel. Uji organoleptik dilakukan oleh 30 panelis umum. Kemudian 30 panelis tersebut akan diminta menilai masing-masing atribut yang dimiliki oleh produk yang meliputi warna, aroma, rasa, dan tekstur. Adapun prosedur pengujian pada uji organoleptik dapat dilihat pada Lampiran 7.

3.4.4.1.3 Kualitas Bubuk Cincau Hitam

Pada uji kualitas bubuk cincau hitam yang dilakukan terhadap bubuk cincau hitam meliputi: 1. Kadar air metode thermogravimetri (Sudarmadji dkk., 1997).

Untuk mengetahui jumlah persentase air yang terkandung bubuk cincau hitam.

2. Karbohidrat (Analisis Proksimat) Untuk mengetahui kadar karbohidrat yang dikandung dari sampel penelitian skala laboratorium dan skala ganda.

3. Serat Kasar (AOAC, 1990) Untuk mengetahui perbedaan kandungan serat kasar yang dimiliki sampel penelitian skala laboratorium dan skala ganda

4. Rendemen Untuk mengetahui persentase jumlah produk yang dihasilkan dari sejumlah bahan baku yang diproses.

40

Adapun prosedur pengujian pada uji kimia dapat dilihat pada Lampiran 7.

3.4.4.1.4 Perhitungan Biaya Proses

Perhitungan kebutuhan utilitas dalam pembuatan bubuk cincau hitam ini didasarkan pada biaya proses atau pengolahan perbatch. Kebutuhan utilitas meliputi kebutuhan air, listrik dan kebutuhan bahan bakar. Kebutuhan air dihitung dengan cara menakar seluruh pemakaian air pada saat proses pengolahan, kemudian dilakukan penyesuaian dengan tarif perusahaan air minum yang berlaku saat ini. Kebutuhan listrik dihitung dengan mengalikan daya listrik pada alat dan waktu yang dibutuhkan pada saat proses pembuatan, sehingga didapatkan utilitas listrik dalam satuan Kwh. Kemudian dikalikan dengan tarif dasar listrik yang berlaku di PLN pada saat ini. Sedangkan kebutuhan bahan bakar LPG dihitung dengan menimbang berat awal dan akhir tabung sebelum dan sesudah proses pembuatan dilaksanakan. Kemudian dikalikan dengan tarif LPG per kg yang berlaku pada saat ini.

41

42