1  

SEMINAR SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

NAMA : LILIS SUCAHYO

NOMOR POKOK : F151100031

PROGRAM STUDI : TEKNIK MESIN PERTANIAN DAN PANGAN

JUDUL PENELITIAN : REKONSENTRASI LARUTAN GULA PADA

PROSES DEHIDRASI OSMOTIK MANGGA

(Mangifera indica L.) DENGAN TEKNIK

DISTILASI MEMBRAN DCMD

DOSEN PEMBIMBING : Dr. Ir. LEOPOLD O NELWAN, M.Si. (Ketua)

Dr. Ir. DYAH WULANDANI, M.Si. (Anggota)

KELOMPOK/BIDANG ILMU : ILMU KETEKNIKAN

HARI/TANGGAL : KAMIS, 28 FEBRUARI 2013

WAKTU : PK. 10.00-11.00 WIB

TEMPAT : FATETA IPB, KAMPUS IPB DRAMAGA,

BOGOR

¹Bagian dari tesis penulis yang disampaikan pada Seminar Sekolah Pascasarjana IPB ²Mahasiswa S2 Program Mayor Teknik Mesin Pertanian dan Pangan (TMP), Sekolah Pascasarjana IPB ³Komisi Pembimbing dari Departemen Teknik Mesin dan Biosistem                                                                                                      

REKONSENTRASI LARUTAN GULA PADA PROSES DEHIDRASI OSMOTIK MANGGA (Mangifera indica L.) DENGAN TEKNIK DISTILASI MEMBRAN

DCMD¹

(Recocentration of Sugar Solution in Osmotic Dehydration Mango (Mangifera indica L.) with Membrane Separation Technique of Direct Contact Membrane Distillation )

Lilis Sucahyo², Leopold O Nelwan³, Dyah Wulandani³

ABSTRACT Osmotic dehydration (OD) involves the immersion of food in concentrated sugar solutions, where both partial dehydration of the tissue and solid uptake take place. The direct contact membrane distillation process (DCMD) with polypropylene membrane has been used to investigate the reconcentration of sugar solution in osmotic dehydration of mango (Cengkir/Indramayu variety). The process variables studied were sugar concentration: 30, 35, 40 oBrix and membrane cold side/permeat temperature: 5, 10, 15 oC. Water loss (WL%), weight reduction (WR%), volume reduction (VR%) and solid gain (SG%) were evaluated in osmotic dehydration process. Results show that the flux permeates membrane reached about 0.051 – 0.135 l/m2h. The flux permeates increase with cold side temperature and decrease with sugar concentration. The WL, WR, and VR increase with sugar solutions concentration. Measured flux and WL were used to determine the comparasion of mango : sugar solution (w/w) in range operation of reconcentration process. The experimental results show that the value of the DCMD concentration degree was 97 %. Keywords: Osmotic dehydration, mango, membran distillation, sugar reconcentration

PENDAHULUAN Mangga (Mangifera indica L.) merupakan salah satu jenis buah tropis yang kaya akan

polifenol, vitamin C, kalium, mineral, asam amino, karotenoid, beta cryptoxanthin, mangiferin, serta serat makanan prebiotik yang sangat bermanfaat untuk kesehatan tubuh (Olivia, 2010). Selain dikonsumsi dalam bentuk segar, kini mangga disajikan dalam berbagai jenis produk turunannya seperti konsentrat juice, es krim, aneka cake, selai, manisan, sirup dan lain sebagainnya. Hal ini tentu saja membuka peluang bagi industri pengolahan untuk menciptakan berbagai inovasi produk olahan mangga. Akan tetapi pengembangan industri tersebut mengalami kendala karena umur simpan buah segar yang singkat serta mangga termasuk dalam kategori buah musiman yang tidak selalu tersedia sepanjang tahun. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan pengawetan buah mangga melalui pengeringan/dehidrasi osmotik (osmotic dehydration).

Pengeringan osmotik atau disebut juga dehidrasi osmotik merupakan salah satu metode pengawetan bahan pangan menggunakan prinsip perbedaan tekanan osmotik untuk mengeluarkan sebagian kandungan air pada bahan. Pada proses dehidrasi osmotik, bahan pangan direndam ke dalam media osmosis yang memiliki tekanan osmotik lebih tinggi dari tekanan osmotik bahan sehingga air dari dalam bahan akan keluar ke arah media untuk menyeimbangkan tekanan (Sablani et al., 2003). Beberapa kelebihan dari dehidrasi osmotik diantaranya adalah penggunaan suhu pengeringan yang relatif rendah sehingga dapat menjaga kandungan vitamin dan mineral pada bahan terjaga dengan baik, perbaikan karakteristik sensori, rasa, tekstur serta penampakan produk akhir serta penghematan dan

1

2  

peningkatan efisiensi energi karena tidak terjadi perubahan fase zat selama proses pengeringan berlangsung.

Meskipun banyak keunggulan dan kemudahan yang ditawarkan pada proses dehidrasi osmotik, akan tetapi dalam skala industri besar masih terdapat kendala dalam hal penggunaan larutan osmotik serta waktu dehidrasi yang diperlukan. Untuk produk buah umumnya digunakan perbandingan bahan dan larutan hingga 1:22 (1 kg bahan : 22 liter larutan) dengan waktu dehidrasi 5-10 jam (Sablani et al., 2003). Dengan demikian, dari sudut pandang proses serta nilai ekonomi, diperlukan suatu metode untuk mendaur ulang serta mengoptimalkan penggunaan larutan osmosik. Jika konsentrasi larutan dapat dipertahankan tetap tinggi, maka jumlah zat terlarut yang digunakan dapat ditekan serta efektivitas pengeringan dan kualitas produk dehidrasi dapat tetap terjaga dengan baik.

Salah satu teknik yang dapat digunakan untuk menjaga konsentrasi larutan osmosik adalah dengan pemurnian kembali (memisahkan konsentrat dengan air) atau rekonsentrasi larutan menggunakan teknik distilasi membran. Pemisahan zat dengan distilasi membran merupakan suatu teknik separasi membran selektif yang dipengaruhi oleh perbedaan suhu dan tekanan uap antara kedua sisi membran yang dapat digunakan untuk memisahkan berbagai jenis molekul ion, koloid serta komponen makromolekul dengan tingkat rejeksi yang tinggi. Distilasi membran didasarkan pada prinsip evaporasi-kondensasi uap melalui pori membran hidrofobik karena adanya perbedaan suhu dan tekanan uap larutan yang dipisahkan. Molekul dalam fase uap akan berpindah melalui membran selektif dari kondisi tekanan uap tinggi ke tekanan uap rendah (Khayet & Matsuura, 2011). Syarat yang harus terpenuhi untuk mencapai kondisi ini adalah penggunaan jenis membran hidrofobik dimana hanya fase uap yang dapat melewati membran serta perbedaan suhu yang cukup tinggi antara sisi membran.

Salah satu alternatif penggunaan teknik distlasi membran yang banyak diaplikasikan adalah DCMD (Direct Contact Membrane Distilation) yaitu pemisahan molekul zat (dalam fase cairan) dimana bagian yang dipanaskan (suhu tinggi) dan yang didinginkan (suhu rendah) bersentuhan/kontak secara langsung dengan permukaan membran. El-Bourawi et al., (2006) menerangkan bahwa aplikasi DCMD telah secara luas digunakan pada berbagai industri diantaranya digunakan pada proses desalinasi dan pemurnian air laut, pada industri tekstil (pemurnian air limbah dari zat pewarna), pada industri kimia dan biomedis serta pada industri pengolahan pangan (pemekatan konsentrat jus, pengolahan susu serta dan lainnya). Gunko et al., (2006) menggunakan DCMD untuk memekatkan konsentrat apel hingga mencapai konsentrasi 50 %. Sementara Bui et al,. (2004) melakukan rekonsentrasi glukosa melalui distilasi membran dengan fluks permeat sebesar 1-2.87 kg/m2h.

Dalam penelitian ini jenis membran ultrafiltrasi hidrofobik polypropylene akan difungsikan sebagai DCMD karena membran yang digunakan khusus untuk DCMD masih sedikit tersedia di pasaran. Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengkaji penggunaan distilasi membran DCMD untuk memurnikan kembali (rekonsentrasi) larutan gula gula pada proses dehidrasi osmotik irisan buah mangga. Sedangkan tujuan khusus penelitian adalah 1) mengetahui pengaruh konsentrasi larutan, perbedaan suhu permeat terhadap kinerja fluks membran, 2) menentukan perbandingan massa buah-larutan yang efektif dalam proses dehidrasi osmotik, 3) evaluasi kinerja rejeksi membran pada proses rekonsentrasi larutan osmotik dengan distilasi membran DCMD.

3  

METODOLOGI PENELITIAN  

Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan selama 8 bulan, mulai dari bulan Juni 2012 hingga Januari

2013 di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan (TET), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah mangga (Mangifera indica L.) varietas Cengkir/Indramayu dengan tingkat kematangan yang seragam, gula putih komersial (sukrosa), akuades serta air mineral. Sedangkan peralatan yang digunakan antara lain, set osmotik dehidrator, heater, stirrer, hollow fiber membran PP (polypropylene), evaporator, pompa membran RO 50 GPD, pomp air mini AT380, pressure gauge, hand refractometer ATAGO N1-K Fuji 13976, timbangan digital Excellent DJ-Serries, drying oven SS-204D, hybrid recorder , termokopel tipe CC, termometer raksa, kertas saring, tissue, mistar penggaris, wadah plastik serta pisau buah. Spesifikasi jenis membran yang digunakan dalam penelitian ini yaitu membran ultrafiltrasi tipe UF S-220 yang akan difungsikan sebagai DCMD, jenis hollow fiber membrane, material polypropylene (hydrophobic membrane), diameter 2 inch, panjang 495 mm, konektor umpan-permeate ¼ inch, berat 1.12 kg, pore size diameter 0.05 micron / 2400 hollow fiber, luas membran efektif 0.8 m2, tekanan operasi 1-2.5 bar, temperatur operasi maks. 50 oC.

Prosedur Penelitian Penelitian Tahap I

Pengujian Kinerja Distilasi Membran DCMD Penelitian tahap pertama bertujuan untuk mengetahui kemampuan membran

polypropylene dalam memisahkan komponen air dan larutan osmotik dengan teknik DCMD. Perlakuan yang digunakan pada tahap ini yaitu variasi konsentrasi larutan osmotik dan suhu permeat (sisi dingin). Larutan osmotik yang digunakan adalah larutan gula putih pada derajat konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix. Cara pembuatan larutan osmotik adalah dengan mencampurkan gula putih dengan akuades, kemudian diukur kadar TPT (total padatan terlarut) dengan menggunakan refraktometer hingga diperoleh konsentrasi dalam satuan oBrix yang diinginkan. Refraktometer dikalibrasi dengan cara meneteskan akuades pada lensa refraktometer hingga menunjukkan angka 0 oBrix. Konsentrasi larutan osmotik dapat didekati melalui pengukuran TPT (total padatan terlarut) yang dilakukan dengan meneteskan langsung larutan ke lensa refraktometer sebagaimana yang dinyatakan oleh Persamaan (1), dimana Bx adalah oBrix (%), ma massa air (liter) dan mg massa gula (kg).

Suhu permeat divariasikan pada 5, 10 dan 15 oC sedangkan suhu umpan dijaga konstan dengan menggunakan heater pada kondisi 50 oC. Laju aliran umpan-permeat yang digunakan sebesar 0.6-0.7 liter/s pada kondisi tekanan 1 atm. Untuk menjaga keseragaman larutan, digunakan stirrer yang menghomogenkan larutan osmotik. Proses distilasi DCMD dilakukan selama 8 jam dengan pengambilan data setiap 20 menit. Parameter yang diamati pada tahap ini yaitu perubahan fluks permeat berdasarkan perubahan konsentrasi larutan osmotik serta suhu input-output pada umpan dan permeat. Fluks permeat (Gunko et all., 2006) dihitung dengan menggunakan Persamaan (2), dimana J adalah fluks permeat (liter/m2h), A merupakan luas permukaan membran (m2), t adalah waktu (jam) dan V adalah volume permeat (liter). Skema peralatan kerja rekonsentrasi larutan osmotik dengan DCMD ditunjukkan oleh Gambar 1.

4  

Gambar 1. Skema peralatan dehidrasi osmotik dengan distilasi membran DCMD.

Keterangan gambar : 1) wadah umpan, 2) heater pemanas, 3) stirrer, 4) thermostat dan

termometer, 5) pompa membran, 6) pressure gauge, 7) UF S-220 membran, 8) wadah permeat, 9) pompa air mini, 10) evaporator, 11) hybrid recorder dan termokopel CC.

𝑏𝑥 =𝑚!

𝑚! +𝑚!  ×100%                 1                                                                      𝐽 =

𝑉𝐴×𝑡                 2  

Penelitian Tahap II

Pengamatan Karakteristik Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga Buah mangga varietas Cengkir/Indramayu dikupas dan diiris tipis melintang dengan

ukuran panjang 3 cm lebar 4 cm dan tebal 1 cm menggunakan pisau pengiris buah. Kadar air diukur dengan menggunakan metode oven vakum pada suhu 105 oC selama 24 jam. Proses dehidrasi osmotik irisan mangga menggunakan jenis larutan gula dengan konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix. Pembuatan larutan osmotik dilakukan sama seperti pada penelitian tahap I yang telah disebutkan sebelumnya. Pengukuran TPT sampel buah mangga dilakukan dengan mengekstrak sampel kemudian diletakkan di lensa refraktometer.

Sampel buah mangga ditimbang untuk mengetahui massa awal, kemudian dimasukan ke dalam larutan gula dengan rasio sampel dan larutan gula 1:20 (massa/volum). Dehidrasi dilakukan selama 8 jam dengan waktu pengukuran pada menit ke 0, 30, 60 dan kelipatan 30 menit berikutnya. Suhu larutan osmotik diatur menggunakan heater pada kondisi tetap sebesar 50 oC. Setelah dehidrasi osmotik selesai, sampel kemudian dibilas dengan air, dikeringkan dengan tissue dan kemudian ditimbang massa, volume dan kadar air akhir. Pada tahap akhir dilakukan pengukuran penyusutan massa, penyusutan volume, water loss serta solid gain. Water loss (WL) adalah jumlah air yang keluar dari bahan selama proses dehidrasi. Sedangkan solid gain (SG) adalah jumlah padatan terlarut yang masuk ke dalam bahan selama proses dehidrasi osmotik berlangsung (Azzuara, 1992). WL dan SG ditentukan dengan menggunakan Persamaan (3) dan (4), dimana WLt adalah water loss pada waktu t (%), SGt adalah solid gain pada waktu t (%), w0 adalah massa awal bahan (gram), wt massa bahan pada waktu ke t menit (gram), m0 adalah kadar air awal bahan (%), mt adalah kadar air bahan pada waktu ke t menit (%). Pemodelan dehidrasi osmotik menggunakan persamaan (5) kinetic model fick’s second law yang dikembangkan oleh

5  

Azzuara (1992). S1 adalah konstanta yang berkaitan dengan water loss dan water loss tak hingga (WL∞) adalah water loss pada kondisi kesetimbangan (%) :

𝑊𝐿! = 𝑚! −𝑚!𝑤!𝑤!

                  3                            𝑆𝐺! =𝑤! 100−𝑚! − 𝑤! 100−𝑚!

𝑤!                (4)

𝑊𝐿! =𝑆!𝑡(𝑊𝐿!)1+ 𝑆!𝑡

                   (5)

Penelitian Tahap III

Rekonsentrasi Proses Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga dengan DCMD Hasil pengukuran fluks permeat pada tahap I selanjutnya diplotkan dengan hasil

pengukuran WLt pada penelitian tahap II untuk menentukan perbandingan massa bahan : larutan yang optimal dalam proses rekonsentrasi. Selanjutnya dilakukan evaluasi kinerja distilasi membran DCMD dalam memekatkan larutan gula pada dehidrasi osmotik irisan buah mangga. Pada tahap ini juga dilakukan pengukuran dan pemodelan laju penuruan konsentrasi larutan gula pada proses dehidrasi osmotik tanpa membran DCMD. Tingkat efektivitas rekonsentrasi dihitung dengan membandingkan konsentrasi akhir larutan menggunakan membran dan tanpa menggunakan membran DCMD.  

HASIL DAN PEMBAHASAN Kinerja Distilasi Membran DCMD

Kemampuan distilasi membran DCMD dalam memekatkan larutan gula berkaitan dengan fluks permeat yang dapat dihasilkan selama proses rekonsentrasi berlangsung. Semakin tinggi nilai fluks maka akan semakin baik kinerja membran tersebut dalam memisahkan molekul/zat. Faktor-faktor yang memengaruhi nilai fluks dalam distilasi membran DCMD antara lain perbedaan tekanan uap pada sisi membran, kecepatan aliran proses, dan konsentrasi larutan (Khayet & Matsuura, 2011). Setelah 8 jam dilakukan proses rekonsentrasi larutan gula, diperoleh hasil bahwa peningkatan perbedaan suhu umpan-permeat atau penurunan suhu permeat akan meningkatkan fluks permeat serta konsentrasi larutan gula yang dipekatkan. Sedangkan peningkatan konsentrasi larutan gula akan menurunkan fluks permeat (ditunjukkan oleh Gambar 2 dan Gambar 3).

Perubahan konsentrasi tertinggi pada penelitian ini diperoleh pada konsentrasi awal sebesar 30 oBrix meningkat menjadi 34.6 oBrix pada suhu permeat sebesar 5 0C, dengan fluks permeat rata-rata sebesar 0.136 liter/m2h. Perubahan konsentrasi akan semakin menurun dan terjadi secara lambat seiring dengan peningkatan suhu permeat serta kondisi konsentrasi awal yang digunakan. Perubahan konsentrasi terendah diperoleh pada konsentrasi awal sebesar 40 oBrix menjadi 41.8 oBrix pada suhu permeat sebesar 15 0C, dengan fluks permeat sebesar 0.051 liter/m2h. Massa air yang dipindahkan berbanding lurus dengan perubahan konsentrasi larutan, semakin tinggi peningkatan konsentrasi larutan maka akan semakin banyak massa air yang mampu dipindahkan oleh membran. Pada perubahan konsentrasi 30 oBrix menjadi 34.6 oBrix terdapat 0.8 liter air yang dipindahkan sedangkan pada perubahan konsentrasi 40 oBrix menjadi 41.8 oBrix terdapat 0.28 liter air yang dipindahkan.

Kemampuan membran dalam memisahkan molekul zat sangat dipengaruhi oleh perbedaan suhu dan tekanan uap antara sisi membran. Suhu pada sisi umpan harus memiliki tekanan uap yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan sisi permeat. Semakin tinggi perbedaan suhu yang dihasilkan maka akan semakin mudah uap air pada sisi umpan menyebrang membran dan terkondensasi pada sisi permeat membran, sehingga fluks

6  

permeat meningkat. Sedangkan semakin tinggi konsentrasi larutan, maka akan semakin banyak dan kuat molekul air yang terikat oleh gula sehingga sulit untuk diuapkan. Hal tersebut menyebabkan sedikit sekali uap air yang dapat menyebrang membran dan menyebabkan fluks permeat menjadi rendah. Karakteristik membran seperti material, koefisien pindah panas membran, derajat hidrofobik serta luas permukaan efektif membran juga sangat berpengaruh terhadap kinerja fluks permeat membran. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penurunan fluks permeat membran DCMD dipengaruhi oleh peningkatan konsentrasi umpan serta suhu permeat.

(a) (b) (c)

Gambar 2. Perubahan konsentrasi larutan gula dengan DCMD pada (a) 30 oBrix, (b) 35 oBrix , (c) 40 oBrix.

Gambar 3. Hubungan antara fluks dan konsentrasi larutan pada berbagai nilai suhu

permeat  

Karakteristik Dehidrasi Osmotik Irisan Mangga Hasil pengamatan menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi larutan osmotik akan

meningkatkan nilai WL, penyusutan massa serta penyusutan volume. Hal ini dapat disebabkan karena pada kondisi konsentrasi yang tinggi terjadi perbedaan tekanan osmotik yang besar antara larutan gula dengan air yang terdapat di dalam irisan mangga. Besarnya peningkatan nilai WL pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix adalah 25.66 %, 33.72 % dan 37.81 %. Peningkatan penyusutasn massa pada 30, 35 dan 40 oBrix adalah 24.09 %, 31.75 % dan 35.39 %. Peningkatan penyusutan volume pada 30, 35 dan 40 oBrix adalah 27.84 %, 34.84 % dan 39.62 %. Sedangkan nilai solid gain mengalami penurunan pada tingkatan kosentrasi yang lebih tinggi yaitu 3.81 %, 1.97 % dan 1.79 %. Pada proses dehidrasi osmotik terjadi penurunan kadar air bahan yang diikuti dengan peningkatan padatan terlarut pada bahan serta pertukaran komponen kimia. Laju difusivitas padatan gula pada larutan lebih lambat dari laju difusivitas air keluar dari bahan. Penurunan nilai solid gain dapat disebabkan karena pada konsentrasi yang tinggi laju perpindahan air yang keluar dari bahan lebih besar dibandingkan dengan laju perpindahan padatan terlarut yang masuk ke

7  

dalam bahan. Kecepatan laju pindah massa pada dehidrasi osmotik dipengaruhi oleh beberapa parameter utama, yaitu suhu, konsentrasi, pengadukan dan waktu. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan peningkatan nilai WL dan penurunan nilai SG.

Pemodelan dehidrasi osmotik menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Azzuara et al., (1992) pada berbagai tingkat konsentrasi menghasilkan nilai WL∞ pada 30, 35 dan 40 oBrix adalah sebesar 38.36 %, 41.82 % dan 41.16 %. WL∞ menunjukkan kondisi kesetimbangan laju pengeluaran air pada larutan dan bahan selama proses dehidrasi osmotik. Besarnnya nilai koefisien dehidrasi osmotik S1 yang juga berpengaruh terhadap WLt pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix adalah sebesar 0.0045, 0.0072 serta 0.0122. Tampak bahwa semakin tinggi konsentrasi awal larutan osmotik akan semakin besar pula nilai koefisien dehidrasi osmotik yang dihasilkan. Gambar 6 menunjukkan perbandingan nilai WLt antara pengamatan dengan prediksi model dehidrasi osmotik pada berbagai tingkat konsentrasi larutan gula.

(a) (b) (c)

Gambar 6. Perbandingan nilai nilai WLt antara pengamatan dengan prediksi model dehidrasi osmotik pada berbagai tingkat konsentrasi larutan (a) 30 , (b) 35 dan (c) 40 oBrix

Dari data WL∞ dan S1 yang diperoleh ditentukan hubungan antara nilai WL dengan laju perubahan konsentrasi larutan osmotik (Bx), sehingga diperoleh Persamaan (6) dan (7) berikut : WL∞= -0.082 Bx2 + 6.0191 Bx - 68.428 (6) S1= 0.00045 Bx2 - 0.0024 Bx + 0.0364 (7) Nilai konsentrasi awal larutan osmotik dimasukkan ke dalam persamaan tersebut sehingga menghasilkan nilai WL∞ dan S1 yang kemudian akan digunakan untuk mengetahui

Gambar 4. Perubahan nilai WL pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix

Gambar 5. Perubahan nilai SG pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix

8  

besarnya nilai WLt pada waktu t menit. Besarnya nilai WLt selanjutnya digunakan untuk menentukan massa air yang keluar dari bahan ke larutan yang akan mempengaruhi nilai perubahan konsentrasi larutan osmotik. Nilai konsentrasi larutan pada t menit kemudian dimasukkan kembali ke dalam persamaan (6) dan (7) untuk memperoleh nilai WL∞ dan S1. Proses yang sama dilakukan secara simultan sehingga memperoleh laju perubahan konsentrasi larutan hingga waktu t yang ditentukan.

Kinerja Rekonsentrasi Larutan menggunakan DCMD untuk Dehidrasi Osmotik

Irisan Mangga Hasil pengamatan pada peneltian tahap I telah diperoleh laju kinerja fluks membran

dan pada penelitian tahap II diperoleh laju dehidrasi osmotik irisan mangga WLt ,WL∞ dan S1 pada kondisi yang telah ditetapkan. Data tersebut kemudian digunakan untuk menentukan kondisi operasi kerja rekonsentrasi dehidrasi osmotik irisan mangga dengan distilasi membran DCMD, yaitu pada suhu permeat serta perbandingan massa bahan dan larutan osmotik yang optimal. Gambar 7 menunjukkan kondisi operasi kerja fluks membran dan massa bahan terhadap konsentrasi larutan osmotik awal yang digunakan. Kondisi tersebut berlaku pada jumlah larutan sebanyak 5 liter serta lama dehidrasi 8 jam sesuai dengan jenis perlakuan dalam penelitian ini.

Gambar 7. Kondisi operasi kerja fluks membran DCMD dan massa bahan terhadap

konsentrasi larutan awal untuk menentukan perbandingan massa bahan : larutan osmotik. Evaluasi kinerja membran dilakukan dengan pemilihan nilai WL terbaik pada

percobaan tahap II, yaitu pada kondisi konsentrasi larutan 40 oBrix dan fluks permeat terbesar pada konsentrasi tersebut yaitu dengan suhu pendingin permeat 5 oC. Berdasarkan data plot grafik diperoleh besarnya massa bahan pada kondisi tersebut sebesar 1.8 kg dan massa larutan osmotik sebesar 5 liter, sehingga diperoleh perbandingan massa : larutan osmotik sebesar 1 : 2.78 atau dapat disetarakan menjadi 1 : 3. Melalui data perbandingan fluks permeat dan laju perpindahan air pada irisan mangga dapat diperoleh berbagai besarnya perbandingan massa bahan optimal yang dapat digunakan untuk aplikasi membran DCMD dalam merekonsentrasikan larutan gula.

Sebelum dilakukan pengujian kinerja membran DCMD, dilakukan juga pengamatan laju perubahan konsentrasi larutan dehidrasi osmotik pada perbandingan bahan dan larutan 1 : 3 selama 8 jam. Gambar 8 menunjukkan penurunan konsentrasi larutan osmotik dari 40 oBrix menjadi 35.4 oBrix, sedangkan hasil perhitungan dengan simulasi WL∞ dan S1 pada

9  

persamaan (6) dan (7) terjadi penurunan konsentrasi menjadi 35.92 oBrix. Perbedaan nilai antara pengamatan dan perhitungan simulasi dapat disebabkan karena perbedaan karakteristik mangga yang digunakan saat membangun model persamaan serta pada saat pengamatan, meskipun keseragaman jenis mangga sudah diupayakan. Akan tetapi perbedaan yang dihasilkan relatif tidak berbeda jauh sehingga model dapat digunakan sebagai prediksi dan simulasi laju penurunan konsentrasi larutan pada proses dehidrasi osmotik irisan mangga.

 

Perubahan konsentrasi larutan gula pada proses rekonsentrasi distilasi membran DCMD ditunjukkan oleh Gambar 9. Tampak bahwa terjadi penurunan dari konsentrasi awal larutan sebesar 40 oBrix menjadi 38.8 oBrix dengan nilai WL bahan sebesar 38.05 %. Jika dibandingkan dengan kondisi tanpa rekonsentrasi membran, konsentrasi akhir larutan menjadi sebesar 35.2 oBrix dengan nilai WL bahan sebesar 36.79 %. Hasil pengamatan menunjukkan kinerja distilasi membrane DCMD tidak dapat secara 100 % menjaga konsentrasi larutan pada kondisi tetap 40 oBrix. Hal tersebut dapat disebabkan karena terjadi fouling yang lebih cepat sebagai akibat adannya padatan terlarut pada bahan mangga yang masuk ke dalam larutan dan tidak tersaring pada filter selang membran dibandingkan fouling yang terjadi pada kondisi rekonsentrasi tanpa bahan. Akan tetapi penurunan tersebut masih menghasilkan nilai WL akhir yang tinggi jika dibandingkan dengan kondisi dehidrasi osmotik tanpa menggunakan membran DCMD. Besarnya nilai derajat konsentrasi gula dalam penelitian ini sebesar 97 %. dengan demikian dapat disimpulkan bahwa membran ultrafiltrasi jenis hollow fiber membrane polypropylene yang difungsikan sebagai distilasi membran DCMD dapat digunakan untuk merekonsentrasikan larutan gula pada dehidrasi osmotik irisan buah mangga.

KESIMPULAN DAN SARAN

Simpulan 1. Distilasi membran DCMD dengan membran ultrafiltrasi jenis hollow fiber membrane

PP (polypropylene) dapat digunakan untuk merekonsentrasikan larutan gula pada tingkat konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix dengan fluks permeat rata-rata berkisar antara 0.051 – 0.135 liter/m2h.

2. Fluks permeat menurun seiring dengan tingginya konsentrasi larutan gula dan perubahannya terhadap waktu. Fluks permeat dapat ditingkatkan dengan cara memperbesar perbedaan suhu antara umpan-permeat, sehingga diperoleh gradien perbedaan tekanan uap yang tinggi.

Gambar 8. Perubahan konsentrasi larutan osmotik berdasarkan pengamatan serta

simulasi model

Gambar 9. Perubahan konsentrasi larutan osmotik dengan rekonsentrasi membran

DCMD dan tanpa rekonsentrasi membran

10  

3. Peningkatan konsentrasi larutan gula pada proses dehidrasi osmotik akan meningkatkan nilai WL, penyusutan massa serta penyusutan volume. Nilai WL berbanding lurus terhadap laju perpindahan air dari bahan ke larutan. Dalam penelitian ini diperoleh nilai WL pada konsentrasi 30, 35 dan 40 oBrix sebesar 25.66 %, 33.72 % dan 37.81 %.

4. Perbandingan jumlah bahan : larutan osmotik dapat ditentukan dengan mengetahui fluks permeat membran serta nilai WL dehidrasi osmotik sehingga akan diperoleh grafik operasi kerja membran terhadap konsentrasi larutan dan massa bahan dehidrasi.

5. Evaluasi kinerja rekonsentrasi gula dengan distilasi membran DCMD pada konsentrasi 40 oBrix, perbandingan massa bahan : larutan gula sebesar 1:3, suhu umpan 50 oC, suhu permeat 5 oC selama 8 jam menghasilkan nilai derajat rejeksi sebesar 97 % dengan perubahan konsentrasi awal larutan menjadi 38.8 oBrix.

Saran Pengembangan penelitian rekonsentrasi larutan osmotik selanjutnya dapat

menggunakan material membran yang memiliki konduktivitas termal rendah seperti jenis PTFE (polytetrafluoroethylene) atau jenis PVDF (polyvinyildenefluoride) untuk mengurangi perpindahan panas (heat transfer) antar sisi membran serta memiliki tingkat hidrofobik lebih tinggi dibandingkan dengan membran jenis PP (polypropylene). Untuk meningkatkan fluks permeat dapat digunakan variasi laju aliran dan suhu umpan-permeat yang lebih beragam.

DAFTAR PUSTAKA Azzuara, Ebner et al. 1992. Kinetic model for osmotic dehydration and its relationship with

fick’s second law. International journal of food science and technology (1992) 27, 409-418.

Bui, Viet A., Min H, Ngunyen, Joachim Muller. 2004. A laboratory study on glucose concentration by osmotic membrane distillation in hollow fiber membrane module. Journal of Food Engineering 63 (2004) 237–245

Cheryan, M., 1998. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook. Technomic Publishing : New Holland Avenue.

El-Bourawi, M.S, Z. Ding, R. Ma, M. Khayet. 2006. A framework for better understanding membrane distillation separation process. Journal of Membrane Science 285 (2006) 4-29.

Gunko, Sergey. et all. 2006. Concentration of apple juice using direct contact membrane distillation. Journal of Desalination 190 (2006) 177-124.

Khayet, Mohamed., Matsuura, Takeshi. 2011. Membran distillation principles and applications. Elsevier : Amsterdam, The Netherlands.

Olivia, Femi. 2010. Health secret of mango. Pangkalan Ide Elex Media Komputindo. Kompas Gramedia : Jakarta.

Pelin, Onsekizoglu. 2011. Membrane distillation : principle advances limitations and future prospects in food industry. Journal of Membrane Distillation 233-266.

Sablani, Syam S., and Rahman, M. Shafiur. 2003. Effect of syrup concentration, temperature and sample geometry on equilibrium distribution coefficients during osmotic dehydration of mango. Journal of Food Research International 36 (2003) 65–71.

Qtaishat, M., T. Matsuura., B. Kruczek, M. Khayet. 2008. Heat and mass transfer analysis in direct contact membrane distillation. Journal of Desalination 219 (2008) 272-292.