Drum Drying

 TEKNIK PENGERINGAN "DRUM DRYING"

ANITA WIDYANTI N, LUQMAN AGUNG W

I.     PENDAHULUAN

Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas.  Tujuan pengeringan adalah mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama. Biasanya kandungan air bahan pangan dikurangi sampai batas tertentu dimana mikroorganisme tidak dapat tumbuh lagi pada bahan pangan tersbut. Keuntungan pengeringan adalah bahan pangan menjadi lebih awet dan volume bahan pangan menjadi lebih kecil, sehingga mempermudah dan menghemat ruang pengangkutan  dan pengepakan, berat bahan menjadi kurang dan mempermudah tranport.

Prinsip pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih kecil atau udara mempunyai kelembaban nisbi yang relatif rendah sehingga terjadi penguapan.

Secara umum, faktor yang mempengaruhi pengeringan ada 2, yaitu:

1.       Faktor yang berhubungan dengan udara pengering, seperti: suhu, kecepatan volumetrik aliran udara pengering, dan kelembaban udara.

2.      Faktor yang berhubungan dengan sifat bahan, seperti: ukuran bahan, kadar air awal, dan tekanan parsial dalam bahan.

Bahan pangan yang dihasilkan dari produk-produk pertanian pada umumnya mengandung kadar air. Kadar air tersebut apabila masih tersimpan dan tidak dihilangkan, maka akan dapat mempengaruhi kondisi fisik bahan pangan. Contohnya, akan terjadi pembusukan dan penurunan kualitas akibat masih adanya kadar air yang terkandung dalam bahan tersebut. Pembusukan terjadi akibat dari penyerapan enzim yang terdapat dalam bahan pangan oleh jasad renik yang tumbuh dan berkembang biak dengan bantuan media kadar air  dalam bahan pangan tersebut. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan adanya suatu proses penghilangan atau pengurangan kadar air yang terdapat dalam bahan pangan sehingga terhindar dari pembusukan ataupun penurunan kualitas bahan pangan.

Hal-hal yang mempengaruhi pengeringan adalah luas permukaan bahan pangan, suhu pengeringan, aliran udara, tekanan uap air di udara dan lama pengeringan. Suhu pengeringan sangat penting karena apabila terlalu rendah maka pengeringan akan makan waktu yang sangat lama dan dapat menurunkan mutu bahan pangan serta memberikan bau yang tidak normal. Jika proses pengeringan dilakukan pada suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya case hardening dan reaksi browning.

Ada beberapa mekanisme yang dapat terjadi pada saat bahan basah dikeringkan sampai mempunyai kandungan air tertentu yang cukup rendah. Hal itu dapat diketahui dari kurva pengeringan. Kurva pengeringan menunjukkan hubungan antara kandungan air di dalam padatan sebagai fungsi waktu. Selain itu dapat pula dinyatakan dalam hubungan antara laju pengeringan dan kandungan air.

Secara umum kurva pengeringan terdiri atas dua bagian, yaitu periode laju pengeringan konstan dan periode laju pengeringan menurun. Tipe dan jenis pengering yang digunakan untuk pengeringan bahan pangan bermacam-macam. Pada umumnya pemilihan tipe pengering ditentukan oleh jenis komoditas yang akan dikeringkan, bentuk akhir produk yang dikehendaki, faktor ekonomis dan kondisi jenis alat.

II.      DRUM DRYING (PENGERINGAN DRUM)

Pengeringan dengan drum (Drum Drying) secara luas digunakan dalam pengeringan komersial di industri pangan untuk berbagai jenis produk makanan berpati, makanan bayi, maltodekstrin, suspensi dan pasta dengan viskositas tinggi (heavy pastes), dan dikenal sebagai metode pengeringan yang paling hemat energi untuk jenis produk tersebut. Karena terpapar pada suhu tinggi hanya dalam beberapa detik, drum drying sangat sesuai untuk kebanyakan produk yang sifatnya sensitif terhadap panas.

Tujuan utama dari pengeringan ini adalah memecah struktur granula pati sehingga meningkatkan daya larut (solubility) produk dan penyerapan air (water absorption) dalam air dingin pada pasta dari pati (Panuwat S. and Athapol N., 2003). Pengering drum dikembangkan pada awal tahun 1900-an dan hampir digunakan pada semua bahan makanan cair sebelum penggunaan pengeringan semprot. Saat ini pengering drum digunakan dalam industri makanan untuk mengeringkan berbagai produk seperti produk susu, makanan bayi, sereal, buah dan sayur, pure kentang, dan pati masak.

Dalam operasional pengeringan, cairan, bubur, atau materi yang dihaluskan diletakan sebagai lapisan tipis pada permukaan luar drum berputar yang dipanaskan oleh uap. Setelah sekitar tiga per empat dari titik  putaran, produk sudah kering dan dipindahkan dengan pisau/scraper statis. Produk kering kemudian ditumbuk menjadi serpih atau bubuk. Pengeringan drum adalah salah satu metode pengeringan yang paling hemat energi dan khususnya efektif untuk mengeringkan cairan dengan viskositas tinggi atau bubur makanan.

a)      Sistem Kerja Drum Dryer

Drum dryer umumnya terdiri dari satu atau dua silinder berongga yang dipasang horizontal yang terbuat dari besi cor bermutu tinggi atau stainless steel, bingkai penunjang, sistim aliran produk, dan scraper. Diameter drum berkisar antara 0,5 – 6 m dan panjang antara 1 – 6 m (sesuai skala produksi).

Tiga komponen utama dari Drum dryer adalah :

1.      Tangki

Fungsi : Sebagai tempat produk yang akan dikeringkan. Produk yang akan dikeringkan ditampung dan dikumpulkan di tempat ini. Bentuk tangki dibuat sedemikian rupa agar semua produk dapat dikeringkan dengan sempurna.

2.      Drum

Fungsi : Sebagai alat pengering dimana ditempatkan uap panas ke dalam drum . Drum mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga dapat dimasukan uap panas ke dalamnya. Saat drum berputar maka proses pengeringan yang dilakukan pada drum ini merupakan proses pengeringan lapis batas dimana produk akan bersinggungan dengan permukaan panas dan menempel pada drum sehingga dapat terangkut mengikuti putaran drum. Selama pengangkutan ini kandungan air dalam produk akan menguap sehingga saat drum berputar menyelesaikan siklus putarnya produk telah mencapai kadar air yang diinginkan. Putaran Drum dan panas uap yang dimasukkan diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan produk dengan kadar air yang ditetapkan.

3.      Pisau Skrap

Fungsi: Memisahkan produk yang telah kering. Produk yang diinginkan dan masih menempel di drum dipisahkan dan ditampung ke dalam tangki keluaran. Proses pemisahan ini dilah-ukan dengan sebuah pisau skrap yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat memisahkan produk dari drum dengan sempurna.

            Dalam operasional pengering drum, ada 4 hal yang harus diperhatikan, yaitu:

-          Tekanan uap-panas atau suhu media pemanas

-          Kecepatan putaran

-          Ketebalan film

-          Sifat umpan, yaitu konsentrasi padatan, reologi dan suhu (Devahastin, 2001).

Sistem kerja, uap sampai suhu 200^oC akan memanaskan permukaan bagian dalam drum. Bahan/material yang seragam diletakan dalam lapisan tipis (0,5 – 2 mm) ke luar drum permukaan. Waktu tinggal produk pada drum berkisar antara beberapa detik sampai puluhan detik untuk mencapai kadar air akhir kurang dari 5%. Konsumsi energi dalam pengering drum berkisar antara 1,1 kg uap per kg air yang diuapkan dan 1,6 kg uap per kg air menguap, sesuai dengan efisiensi energi sekitar 60% – 90%.

Dalam kondisi ideal, kapasitas penguapan maksimum pengering drum dapat mencapai 80 kg H₂O/hr m². Pengering drum dapat menghasilkan produk pada tingkat antara 5 kg/ hr m² dan 5 kg/ hr m², tergantung pada jenis makanan, kadar air awal dan akhir, serta kondisi operasional lainnya.

Beberapa permasalahan yang timbul pada drum dryer yang mengakibatkan kinerja pengeringan yang tidak konsisten antara lain:

-          terjadi fluktuasi kadar air dan ketebalan bahan

-          akumulasi noncondensable gas dalam tabung yang mempengaruhi keseragaman pengeringan

-          suhu permukaan drum mungkin berbeda-beda sepanjang drum.

b)     Klasifikasi Drum Dryer

Pengering Drum diklasifikasikan menjadi 3, yaitu single drum dryer, double drum dyer, dan twin drum dryer seperti terlihat pada gambar berikut.

Double drum dyer memiliki dua drum yang berputar terhadap satu sama lain pada bagian atas. Gap antara dua drum akan mengontrol ketebalan lapisan bahan yang diletakan pada permukaan drum. Twin drum dryer juga memiliki dua drum, tetapi berputar berlawan satu sama lain pada bagian atas.

Diantara tiga jenis drum dryer, single dan double drum dryer paling sering digunakan untuk buah-buahan dan sayuran. Misalnya untuk keripik kentang (single drumdryer) dan pasta tomat (double drum dryer). Sedangkan twin drum dryer digunakan untuk pengeringan bahan yang menghasilkan produk berupa butiran/debu.

Untuk bahan yang sensitif terhadap panas, modifikasi dengan vacum drum dryer dapat digunakan untuk mengurangi suhu/panas pengeringan. Vacum drum dryer pada prinsipnya mirip dengan drum dryer, hanya drum tertutup dalam ruang kedap udara/vakum.

c)      Metode Feeding

Metode penyaluran bahan produk pada permukaan drum berbeda-beda, tergantung pada susunan drum, konsentrasi zat padat, viskositas, dan kemampuan membasahi pada bahan. Untuk skala industri, pengeringan drum menggunakan 5 metode penyaluran bahan (feeding) yaitu, roll feed, nip feed, pencelupan, penyemprotan, dan percikan.

Berbagai metode feeding dalam drum dryer: (a) roll feed; (b) nip feed; (c) dip feed; (d) spray; dan (e) splash. (Tang,et al,2003)

-          Roll feed : digunakan baik pada single maupun double drum dryer. Metode ini efektif pada bahan yang viscous dan kental. Multirolls sering digunakan untuk meningkatkan ketebalan film,sehingga throughput juga meningkat. Jarak antara drum dengan rolls dapat diatur secara individu. Kecepatan putar rolls dapat sama atau tidak sama dengan kecepatan putar drum. Metode roll feeding kadang-kadang digunakan bersamaan dengan teknik feeding lainnya untuk menghasilkan karakteristik pengeringan yang diinginkan pada beberapa produk tertentu.

-          Nip feed : merupakan metode feeding paling sederhana. Hanya digunakan dalam double drum dryer. Cocok digunakan untuk mengeringkan lapisan tipis seperti susu dan whey. Nip feeding menggunakan jarak yang dapat diatur antara 2 drum untuk mengontrol ketebalan film. Keseragaman distribusi umpan (feed) sepanjang drum merupakan hal yang perlu diperhatikan pada metode feeding ini.

-          Dip feed : digunakan pada single maupun double drum dryer. Dengan metode ini, drum sebagian tenggelam dalam tray dan produk dalam tray melekat pada permukaan drum yang berputar. Cocok digunakan pada bahan berupa suspensi padatan dan untuk menghindari terjadinya penggumpalan bahan dalam tray.

-          Spray feeding : bahan yang akan dikeringkan dikabutkan dengan nozzle ke permukaan drum. Nozzle dapat berada di bagian bawah drum atau lokasi lain. Kuantitas produk ditentukan oleh sistem nozzle.

-          Splash feeding : metode ini khusus digunakan pada bahan yang mempunyai laju sedimentasi yang tinggi. Dapat digunakan pada single maupun double drum dryers.

d)     Kelebihan Dan Kelemahan Drum Dryer

Kelebihan atau keuntungan penggunaan drum dryer antara lain:

1.        Produk yang dihasilkan memiliki porositas yang baik sehingga sifat rehidrasi tinggi.

2.        Bisa digunakan untuk makanan kering yang sangat kental, seperti pasta dan pati gelatinized atau dimasak, yang tidak dapat mudah dikeringkan dengan metode lain.

3.        Efisiensi/hemat energi dan kecepatan yang tinggi.

4.        Produk/hasil yang diperoleh lebih bersih dan higienis.

5.        Mudah untuk mengoperasikan dan memelihara.

6.        Fleksibel dan cocok untuk beberapa pengeringan tapi dalam jumlah kecil.

Kelemahan atau kekurangan penggunaan drum dryer antara lain:

1.        Tidak cocok untuk produk yang tidak dapat membentuk film (lapisan tipis) yang bagus.

2.         Khusus produk yang mengandung kadar gula tinggi seperti tomat pure tidak mudah dipisahkan dari drum karena thermoplasticity dari suhu bahan.

3.         Throughput (kecepatan hasil pengeringan per satuan waktu) relatif rendah dibandingkan dengan spray drying.

4.         Biaya tinggi untuk perubahan permukaan drum karena presisi mesin sangat dibutuhkan.

5.         Kemungkinan panas produk dapat memberikan rasa ‘masak’ dan pudarnya warna karena kontak langsung dengan suhu tinggi di permukaan drum.

6.         Tidak dapat memproses bahan/material yang mengandung garam tinggi (asin) atau bersifat korosif karena berpotensi terjadi pitting pada permukaan drum.

7.         Luas kontak permukaan bahan dengan udara lebih rendah dibandingkan dengan jenis pengeringan lainnya seperti spray drying atau fluidized bed drying.

e)      Aplikasi Drum Dryer

Drum dryer antara lain diaplikasikan pada pengeringan produk pangan seperti:

1.                   Susu

2.                   Makanan bayi

3.                   Sereal

4.                   Buah dan sayuran

5.                   Pure kentang

6.                   Pati masak

DAFTAR PUSTAKA

Devahastin, S. 2001. Pengeringan Industrial. IPB Press:Bogor.

Mahadi, 2007. Model Sistim dan Analisa Pengering Produk Makanan. USU:Medan.

Panuwat Supprung and Athapol Noomhorm, 2003. Optimization of Drum Drying Parameters for Low Amylose Rice (KDML105) Starch and Flour. Drying Technology, Vol. 21 No. 9, pp. 1781-1795.

Tang, Juming, Hao Feng, Guo-Qi Shen. 2003. Drum Drying in Encyclopedia of Agricultural, Food, and Biological Engineering. Marcel Dekker : New York