rancang bangun mesin pasteurisasi susu sapi …repository.ub.ac.id/151491/1/mas wisnu...
TRANSCRIPT
i
RANCANG BANGUN MESIN PASTEURISASI SUSU SAPI
AUTOMATIS DENGAN TEKNOLOGI ELECTRICAL OHMIC
HEATING
Tugas Akhir Berbentuk Karya Ilmiah Kompetitif
(Program Kreatifitas Mahasiswa Penerapan Teknologi)
Oleh:
MAS WISNU ANINDITYA
NIM 135100200111023
JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2017
ii
Rancang Bangun Mesin Pasteurisasi Susu Sapi Automatis
dengan Teknologi Electrical Ohmic Heating
Oleh:
Mas Wisnu Aninditya
135100200111023
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana teknologi pertanian
JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2017
iii
iv
v
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dengan nama
lengkap Mas Wisnu Aninditya di Bekasi pada
15 Agustus 1994. Penulis anak ke dua dari ibu
Ninik Pujirahayu. Penulis menyelesaikan
pendidikan sekolah dasar di SDN Kepanjen 2
Jombang pada tahun 2007, kemudian
melanjutkan pendidikan menengah tingkat
pertama di SMPN 2 Jombang dan lulus pada tahun 2010. Penulis
melanjutkan pendidikan di SMAN Bandarkedungmulyo hingga
lulus pada tahun 2013.
Pada tahun 2013-2017, penulis telah berhasil menempuh
jenjang Strata-1 di Jurusan Keteknikan Pertanian, Fakultas
Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya. Selama 4 tahun masa
kuliah, penulis aktif dalam berbagai organisasi seperti koordinator
divisi Kincir Angin litbang AGEENT dan Ketua Bidang Penelitian
dan Pengembangan HIMATETA. Penulis juga pernah meraih
beberapa penghargaan, yakni Juara Honorable Mention OSN
PERTAMINA bidang Science Project 2015, Juara I LKTI Agrifast
bidang penerapan teknologi pada tahun 2015, Juara I LKTI Agrifast
bidang karsa cipta dan penerapan teknologi pada tahun 2016,
mendapatkan medali emas untuk presentasi dalam kelas PKM-T
“SENOPATI” pada PIMNAS 28 pada tahun 2015 dan meraih
medali emas untuk presentasi dalam kelas PKM-KC “TOTAL
FLEX” pada PIMNAS 29 pada tahun 2016.
vi
"Belajar dan bekerja dengan giat,
serta tidak lupa bersyukur, tentu
akan memberikan hasil yang baik"
vii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama Mahasiswa : Mas Wisnu Aninditya
NIM : 135100200111023
Jurusan : Keteknikan Pertanian
Fakultas : Teknologi Pertanian
Judul Tugas Akhir : Rancang Bangun Mesin Pasteurisasi
Susu Sapi Automatis dengan
Teknologi Electrical Ohmic Heating
Menyatakan bahwa,
Tugas Akhir dengan judul diatas merupakan karya asli penulis
tersebut diatas. Apabila di kemudian hari terbukti pernyataan ini
tidak benar, saya bersedia dituntut sesuai hukum yang berlaku.
Malang, 9 Januari 2017
Pembuat Pernyataan,
Mas Wisnu Aninditya
135100200111023
viii
MAS WISNU ANINDITYA. 135100200111023. Rancang Bangun
Mesin Pasteuriasi Susu Automatis Dengan Teknologi
Electrical Ohmic Heating. Tugas Akhir. Pembimbing: Dr. Ir.
Anang Lastriyanto M.Sc. dan Yusron Sugiarto,STP, MP, M.Sc
RINGKASAN
Kelompok Peternak Rojokoyo merupakan salah satu
kelompok masyarakat di Desa Argosari Malang yang memiliki
usaha mandiri pengolahan susu pasteurisasi. Kelompok ini masih
menggunakan metode secara konvensional dalam proses
pasteurisasi sehingga suhu pasteurisasinya tidak terkontrol,
pengadukan tidak merata, proses lama dan kurang higeinis. Salah
satu metode pasteurisasi yang dapat digunakan adalah ohmic
heating karena memiliki kelebihan prosesnya cepat 15 liter hanya
170 menit, panasnya merata dan tidak menurunkan kualitas susu.
Pemanasan ohmik merupakan suatu proses dimana arus listrik
dilewatkan melalui bahan pangan, akibatnya terjadi pembangkitan
energi internal pada bahan yang kemudian akan menghasilkan
sebuah pola pemanasan luar dan dalam. Pada hasil uji
laboratorium TPC hasil ohmic heating sebesar 6,2x103 ml/cfu dan
kadar protein sebesar 2,51%. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui desain rancang bangun, prinsip kerja dan hasil
pasteurisasi mesin pasteurisasi susu sapi yang otomatis berbasis
electrical ohmic heating. Efisiensi dari mesin pasteurisasi susu sapi
ini mencapai 89,73%.
Kata Kunci: Ohmic Heating, Pasteurisasi, Susu Sapi
ix
MAS WISNU ANINDITYA. 135100200111023. Design of
Machine Pasteurization Automatic Milk With Electrical Ohmic
Heating Technology. Tugas Akhir. Supervisor: Dr. Ir. Anang
Lastriyanto M.Sc. dan Yusron Sugiarto,STP, MP, M.Sc
SUMMARY
Rojokoyo Breeders group is one of the community group in
the Argosari village Malang which has independent business
processing of pasteurized milk. This group used conventional
method of pasteurization. There are many disadvantag with this
method such as uncontrolled temperature, not evenly stirring, the
process takes a long time, and less hygiene. One of the
pasteurization method that can be used is ohmic heating. Ohmic
heating is a process which an electric current is passed through
food. Ohmic heating has advantages such as the heat spread
evenly, and does not degrade the nutrient in the milk. The purposes
of this research was to knew the design, working principles and
results of pasteurized cow's milk with automatic pasteurization
machine based on ohmic heating technology. The research
showed that ohmic heating can decrease time consumption of 15
liters milk pasteurization with only 170 minutes long process. The
TPC test was showed that milk with ohmic heating treatment has
6, 2x103 ml/cfu, and 2,51% protein levels. The efficiency of this
cow's milk pasteurization machines reached 89,73%.
Key Word: Ohmic Heating, Pasteurization, cow milk
KATA PENGANTAR
x
Segala puji bagi Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha
Penyayang atas segala rahmat dan hidayah-Nya. Sehingga
penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini berjudul “Rancang Bangun Mesin
Pasteurisasi Susu Sapi Automatis dengan Teknologi Electrical
Ohmic Heating”. Penyusunan Tugas Akhir ini merupakan salah
satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian.
Pada kesempatan ini, penyusun mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Ninik Pujirahayu, selaku orang tua penyusun yang
senantiasa dukungan moriil dan material.
2. Bapak Dr. Ir. Anang Lastriyanto, M.Si selaku Dosen
Pembimbing yang senantiasa memberikan dukungan dan
bimbingan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Yusron Sugiarto, STP, MP, M.Sc selaku Dosen
Pembimbing PKM yang telah memberikan bimbingan, arahan,
ilmu dan pengetahuan.
4. Kemenristek Dikti yang telah mengundang saya pada kompetisi
PIMNAS 28 dan PIMNAS 29.
5. Kakak-kakak team SENOPATI Mas Heru, Mbk Putu, Mas Bagus
dan Mas Munawir yang telah berjuang bersama selama 1 tahun
bersama ibu-ibu Jabung yang selalu bersemangat.
6. Team TOTAL FLEX yang penuh semangat Bima Adinugraha,
Giovanna Putri Aliefia Madjid, Khoirul Anam Asy Syukri, Mas
Ahmad Munawir.
xi
7. Mas Indra, Mbk Zun, Mas Budi kahim, Ageent, Intan A, Dik Nofy,
M.Ghadafi, Nada M, Ameiga C, atas saran, ilmu pengetahuan,
pengalaman dan kasih sayang.
8. Tim bengkel Lastrindo Mas Wawan, Mas Syamsul, Pak Ji dan
tim yang selalu membantu dalam mengajarkan hal baru.
9. Rekan-rekan Pengurus Harian Himpunan Mahasiswa
Keteknikan Pertanian tahun kepengurusan 2015-2016 dan staf
Litbang yang telah membantu menyelesaikan program kerja.
10. Rafika Kartika Putri selaku penyemangat saya menyelesaikan
skripsi ini.
11. Teman-teman Jurusan Keteknikan Pertanian 2013 atas
kebersamaan dan dukungannya selama ini.
Menyadari adanya keterbatasan pengetahuan, refrensi dan
pengalaman, penyusun mengharapkan saran dan masukan demi
lebih baiknya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun
maupun semua pihak yang membutuhkan.
Malang, Januari 2017
Penyusun
Mas Wisnu Aninditya
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................ ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................... iv
RIWAYAT HIDUP ................................................................. v
PERUNTUKAN ...................................................................... vi
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................... vii
RINGKASAN ......................................................................... viii
SUMMARY ............................................................................ ix
KATA PENGANTAR ............................................................. x
DAFTAR ISI ........................................................................... xii
DAFTAR TABEL ................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ............................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................... xvi
BAB 1. PENDAHULUAN ....................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................... 3
1.3 Tujuan ............................................................................. 4
1.4 Manfaat ............................................................................ 4
1.5 Batasan Masalah ............................................................. 5
1.6 Hipotesa ........................................................................... 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA .............................................. 6
2.1 Susu sapi ......................................................................... 6
2.2 Pasteurisasi ..................................................................... 7
2.3 Electrical Ohmic Heating .................................................. 10
2.4 Kondensor Tipe Shell and Tube ....................................... 14
2.5 Sistem Kontrol PID ........................................................... 16
BAB 3. METODE PENELITIAN ............................................. 18
3.1 Tempat dan Waktu Pelaksanaan ..................................... 18
3.2 Alat dan Bahan ................................................................ 19
3.2.1 Peralatan yang digunakan ............................................. 19
3.2.2 Bahan-bahan yang digunakan ...................................... 20
xiii
3.3 Pendekatan Penelitian ..................................................... 21
3.3.1 Kajian Pustaka .............................................................. 21
3.3.2 Perancangan desain secara fungsional ......................... 21
3.3.3 Perancangan desain secara structural .......................... 24
3.4 Prosedur Penelitian .......................................................... 26
3.4.1 Persiapan Bahan Baku ................................................. 26
3.4.2 Pembuatan Kerangka ................................................... 27
3.4.3 Pembutan Kondensor ................................................... 27
3.4.4 Pembutan Tabung Ohmic Heating ................................ 27
3.4.5 Pembutan Sistem Kontrol .............................................. 28
3.4.6 Uji Performansi ............................................................. 29
3.5 Teknik Analisis Data ......................................................... 29
3.6 Aliran Tahap Kegiatan ...................................................... 30
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................... 33
4.1 Rancangan Mesin ............................................................ 31
4.1.1 Implementasi Perancangan Mesin ................................ 31
4.1.2 Spesifikasi Mesin .......................................................... 32
4.1.3 Deskripsi Mesin ............................................................. 42
4.2 Pengujian Performansi Mesin ......................................... 45
4.2.1 Hubungan Suhu dengan Waktu Pasteurisasi ................ 46
4.2.2 Hubungan Nilai Arus dengan Suhu Pasteurisasi ........... 47
4.2.3 Efisiensi Energi ............................................................. 50
4.3 Pengujian Kualitas (TPC dan Protein) .............................. 52
BAB 5. PENUTUP ................................................................. 55
5.1 Kesimpulan ...................................................................... 55
5.2 Saran ............................................................................... 55
DAFTAR PUSTAKA .............................................................. 56
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Kimia dan Nilai Gizi Susu Sapi ............. 7
Tabel 2.2 Pasteurisasi LTLT dan HTST ................................. 9
Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan dari Ohmic Heating ..... 14
Tabel 3.1 Jadwal Fluktuasi Pelaksanaan ............................... 18
Tabel 4.1 Nilai Besaran yang digunakan pada proses ........... 50
Tabel 4.2 Perbandingan hasil uji laboratorium ....................... 53
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Teknologi Ohmic Heating skala laboratorium ..... 13
Gambar 2.2 Kondensor shell and tube .................................. 15
Gambar 3.1 Desain Mesin Pasteurisasi Susu Sapi ................ 24
Gambar 3.2 Desain Kondensor ............................................. 25
Gambar 3.3 Desain Instrumentasi pada Box Kontrol ............. 25
Gambar 3.4 Desain Instrumentasi pada Ohmic Heating ........ 26
Gambar 4.1 Implementasi Rancang Mesin Pasteurisasi Susu
Sapi berbasis Ohmic Heating .......................... 31
Gambar 4.2 (a) Desain Tangki Input tampak isometri dan (b)
Desain Tangki Input tampak depan ................. 33
Gambar 4.3 Mixer .................................................................. 34
Gambar 4.4 Desain Tabung Ohmic Heating .......................... 36
Gambar 4.5 Rangkaian sistem otomatis mesin pasteurisasi
berbasis ohmic heating ................................... 37
Gambar 4.6 Sistem Kontrol Otomatis ................................... 37
Gambar 4.7 Desain Kondensor Tipe Shell and Tube ............. 38
Gambar 4.8 Pompa air celup ................................................ 39
Gambar 4.9 Bak Penampung Air Pendingin .......................... 40
Gambar 4.10 Desain Kerangka Mesin Pasteurisasi berbasis
Electrical Ohmic Heating Tampak depan (a)
samping dan (b) ................................................ 41
Gambar 4.11 (a) Desain Tangki Output tampak realistik dan (b)
Tangki Output .................................................... 42
Gambar 4.12 Diagram Proses Pasteurisasi Susu Sapi Pada
Mesin Pasteurisasi Berbasis Ohmic Heating ..... 45
Gambar 4.13 Grafik Hubungan antara Waktu Pemanasan (detik)
dengan Suhu (oC) .............................................. 46
Gambar 4.14 Grafik Hubungan antara Arus (A) dengan Suhu
(oC) .................................................................... 48
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Efisiensi Mesin Pasteurisasi Susu . 61
Lampiran 2. Data Perjalanan suhu selama pasteurisasi........ 63
Lampiran 3. Data Uji laboratorium ........................................ 65
Lampiran 4. Desain dari Mesin Pasteurisasi Susu Sapi ........ 66
Lampiran 5. Realisasi Mesin Pasteurisasi Susu Sapi ........... 67
Lampiran 6. Dokumentasi Kegiatan ...................................... 68
Lampiran 7. Surat Keterangan Pembebasan Ujian Skripsi .... 69
Lampiran 8. Piagam Penghargaan........................................ 72
1
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil
susu di dunia dengan rata-rata produksi 1.480.000 liter per
tahunnya (FAO, 2014). Tingkat produksi tersebut di dukung oleh
sentra produksi susu yang hampir tersebar disetiap kota di
Indonesia. Salah satu sentra susu sapi yang berlokasi di
Kabupaten Malang Provinsi Jawa Timur yaitu bertempat di
Desa Argosari Kecamatan Jabung. Di desa ini terdapat 430
orang peternak sapi perah dengan jumlah sapi yang mencapai
1500 ekor. Tingkat produksi susu di desa ini mencapai 8.000 liter
per harinya. Untuk menunjang kegiatan produksi susu sapi para
peternak tersebut tergabung dalam kelompok masyarakat yaitu
Kelompok Peternak Rojokoyo yang memiliki program mandiri
dalam bentuk pengolahan susu pasteurisasi. Kelompok ini
mampu menghasilkan 350-450 gelas susu gelas (ukuran 220 ml)
pasteurisasi per minggunya. Akan tetapi, hasil produksi tersebut
tidak laku sepenuhnya dipasaran serta hanya mampu dijual
dengan harga murah. Hal ini diakibatkan oleh rendahnya kualitas
dari susu pasteurisasi tersebut.
Rendahnya produktifitas dan kualitas susu pasteurisasi
kelompok peternak Rojokoyo dikarenakan dipengaruhi proses
pasteurisasi pada saat pengolahan. Kelompok ini masih
menggunakan metode konvensional dengan peralatan
sederhana yakni menggunakan panci dan kompor. Proses
pasteurisasi susu dengan metode konvensional memiliki
2
2
beberapa kelemahan. Salah satunya yaitu penggunaan suhu
yang tidak sesuai dengan kebutuhan pemanasan pada susu
(Wiking, 2009). Hal tersebut mengakibatkan terjadi degradasi
protein susu yang tinggi dan tidak seluruhnya bakteri ter-
inaktivasi (Sun et al., 2008). Susu yang dipasteurisasi dengan
menggunakan metode konvensional terkadang masih terdapat
gumpalan sehingga mempengaruhi rasa dan warna (Proctor,
2010). Adapun kelemahan lainnya adalah penggunaan kompor
sebagai media pasteurisasi memiliki efisiensi energi yang rendah
(Winata, 2012). Selain itu, susu pasteurisasi yang dijual oleh
kelompok Rojokoyo hanya mampu bertahan selama dua hari.
Hal tersebut menyebabkan setiap dua hari sekali hampir 20%
dari susu pasteurisasi yang dijual harus dikembalikan lagi ke
Kelompok Rojokoyo sehingga kelompok ini mengalami kerugian.
Oleh karena itu perlu adanya teknologi pasteurisasi untuk dapat
memperbaiki kualitas produk dan meningkatkan produksi,
sehingga terjadinya peningkatan harga jual.
Pengembangan teknologi kreatif yang ditawarkan untuk
mengatasi permasalahan kualitas susu pasteurisasi pada
kelompok peternak Rojokoyo di Desa Argosari dengan
menggunakan Mesin Pasteurisasi Susu Sapi Automatis dengan
Teknologi Electrical Ohmic Heating. Mesin ini merupakan alat
pasteurisasi susu yang dirancang khusus untuk mampu
bekerja secara otomatis pada suhu yang telah disesuaikan
dengan kebutuhan pemanasan susu. Alat ini menggunakan
teknologi Electrical Ohmic Heating yaitu teknologi pasteurisasi
3
3
dengan cara mengalirkan arus listrik pada bahan sehingga
menimbulkan energi panas secara internal pada bahan (Jha et
al.,2011). Keunggulan dari teknologi ini adalah proses
pemanasan yang cepat sehingga degradasi protein yang
terjadi sangatlah kecil dan efisiensinya yang tinggi (James dan
Brian, 2010) serta mampu meningkatkan umur simpan produk
(Zulueta et al., 2010). Adapun kelebihan lain yaitu mampu
menginaktivasi mikroorganisme patogen maupun pembusuk
(Kerton, 2009) dan proses pemanasan yang merata pada
bahan (Sakr et al, 2014), serta mampu menjaga cita rasa dari
produk (Sagar dan Kumar, 2010). Mesin pasteurisasi ini juga
dilengkapi kondesor. Komponen ini berfungsi untuk
mendinginkan susu setelah dipasteurisasi agar mikroba perusak
thermofilik tidak berkembang kembali (Thahir dkk, 2009).
Diharapkan dengan menggunakan Mesin pasteurisasi, kelompok
Rojokoyo mampu menghasilkan produk susu yang berkualitas
sehingga mampu bersaing menjadi produk susu unggulan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat diambil
rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana desain rancang bangun mesin pasteurisasi susu
sapi yang otomatis berbasis electrical ohmic heating ?
2. Bagaimana prinsip kerja mesin pasteurisasi susu sapi
automastis berbasis electrical ohmic heating ?
4
4
3. Bagaimana hasil setelah penggunaan mesin pasteurisasi
susu sapi yang otomatis berbasis electrical ohmic heating ?
1.3 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari Tugas Akhir ini, meliputi:
1. Mengetahui desain rancang bangun mesin pasteurisasi susu
sapi yang otomatis berbasis electrical ohmic heating.
2. Mengetahui prinsip kerja dari mesin pasteurisasi susu sapi
yang otomatis berbasis electrical ohmic heating.
3. Mengetahui hasil setelah penerapan mesin pasteurisasi susu
sapi yang otomatis berbasis electrical ohmic heating pada uji
mesin dan kualitas susu.
1.4 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari Tugas Akhir ini,
meliputi:
1. Bagi Akademisi atau Mahasiswa
Menjadikan media aktualisasi dan pengembangan
teknologi di bidang teknologi pengolahan susu sapi untuk
pasteurisasi sehingga diperoleh susu pasteurisasi yang mampu
meningkatkan kualitas dan produktifitas. Selain itu sebagai bentuk
pengabdian insan akademis dalam pembelajaran pemberdayaan
masyarakat sebagai wujud Tri Dharma Perguruan Tinggi.
2. Bagi Masyarakat
Memberikan solusi dalam pengolahan susu sapi untuk
menon-aktifkan mikroba-mikroba patogen pada susu sapi,
5
5
sehingga diperoleh susu sapi yang berkualitas dan
produktifitasnya tinggi.
3. Bagi Pemerintah
Sebagai salah satu solusi alternative mesin pasteurisasi
susu sapi sehingga pemerintah dalam meningkatkan
perekonomian dan kesejahteraan masyarakat.
1.5 Batasan Masalah
Batasan Masalah dari Tugas Akhir ini meliputi:
1. Rancang bangun mesin pasteurisasi ini hanya digunakan
untuk susu sapi pada produk susu sapi pasteurisasi.
2. Tugas Akhir ini tidak menganalisis biaya produksi hingga
pemasaran
3. Tugas akhir ini berfokus pada pengujian mesin pasteurisasi
dalam kecepatan pemanasan bahan dengan efisiensi energi
yang tinggi.
1.6 Hipotesa
Rancang bangun mesin pasteurisasi susu automatis
berbasis ohmic heating dapat menjadi solusi alternatif mesin
pasteurisasi susu sapi yang memiliki kemampuan
mempasteurisasi susu sapi dengan suhu tinggi secara singkat
dan memiliki efisiensi energi yang tinggi. Sehingga mampu
meningkatkan kualitas dan produktifitas dari susu pasteurisasi
yang sudah ada sebelumnya.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Susu Sapi
Susu adalah cairan dari hasil sekresi kelenjar susu
(mammary gland) yang diperoleh dengan cara pemerahan sapi.
Secara kimiawi susu tersusun atas dua komponen utama
yaitu air sekitar 87% dan bahan padat sejumlah 13% yang
meliputi lemak, protein, karbohidrat, vitamin dan mineral serta
beberapa senyawa lainnya (Wastra et al., 2010). Susu yang
banyak mengandung air dan nutrisi tinggi serta pH yang netral
menjadi media yang baik untuk pertumbuhan
mikroorganisme baik pembusuk maupun patogen (Hantoro dan
Dwianana, 2010). Pada suhu kamar dan ruang terbuka, bakteri
pembusuk akan tumbuh dan berkembang hingga 8 kali lipat
setiap jamnya. Oleh karena itu, susu membutuhkan proses
pasteurisasi agar dapat membunuh bakteri sehingga
memperpanjang umur simpan tetapi tetap mampu menjaga
kandungan nutrisinya (Kisko dan Roller, 2010).
Menurut Fitriyanto (2013) susu memiliki banyak manfaat
yang dapat berguna bagi manusia, diantaranya:
1. Susu mencegah penyakit jantung, kanker, dan stroke
2. Baik untuk gigi karena susu mampu mengurangi keasaman
mulut, merangsang air liur, mengurangi plak dan mencegah
gigi berlubang
3. Mengurangi resiko darah tinggi
4. Mencegah osteoporosis karena mengandung kalsium yang
berfungsi untuk menguatkan tulang
7
5. Menetralisir racun yang terkandung pada makanan
6. Mencegah diabetes
7. Mempercantik kulit karena diperkaya dengan vitamin
8. Membantu agar lebih cepat tidur karena kandungan susu
akan merangsang hormon melatonin yang akan membuat
tubuh mengantuk.
Berikut pada table 2.1 merupakan data komposisi dan
nilai gizi dari 100 ml susu sapi hasil uji laboratorium.
Tabel 2.1 Komposisi Kimia dan Nilai Gizi Susu Sapi (100 ml)
No. Komponen Susu Sapi
1. Air (%) 87,90
2. Lemak (%) 3,45
3. Protein (%) 3,20
4. Casein (mg/ ml) 27,9
5. Laktosa (%) 4,60
6. Vitamin, enzim dan gas (%) 0,85
7. Whey Protein (mg/ ml) 8,2
8. Na (mg/ 100 ml) 57
9. K (mg/ 100 ml) 172,5
10. Cl (mg/ 100 ml) 80-130
11. Ca (mg/100 ml) 136
12. pH 6,65
(Sumber : Hadiwiyoto, 2004)
2.2 Pasteurisasi
Pasteurisasi adalah proses pemanasan untuk
memperpanjang umur simpan bahan pangan melalui
8
pemanasan pada bahan dengan suhu di bawah 100oC.
Betujuan untuk membunuh mikroorganisme seperti, bakteri,
khamir dan kapang. Serta menginaktifasi enzim yang terdapat
dalam bahan pangan itu sendiri dengan masih
mempertimbangkan mutunya (Fellow, 1992).
Proses pasteurisasi pada bahan olahan susu pertama
kali dilakukan oleh Franz Von Soxhlet pada tahun 1886. Pada
saat ini susu pasteurisasi adalah produk susu yang diperoleh
dari hasil pemanasan susu pada suhu minimal 161oF selama
minimum 15 detik, kemudian segera dikemas pada kondisi
yang bersih dan terjaga sanitasinya. Beberapa bakteri akan
tetap hidup pada suhu pasteurisasi akan tetapi dalam jumlah
yang sedikit bakteri tersebut tidak berbahaya dan tidak
merusak susu selama kondisi penyimpanan yang normal.
Prinsip pasteurisasi adalah pemanasan produk dalam
waktu yang singkat sampai mencapai kombinasi temperatur
dan waktu tertentu yang cukup untuk membunuh semua
mikroorganisme patogen, tetapi hanya menyebabkan
kerusakan sekecil mungkin terhadap produk akibat panas.
Pasteurisasi biasanya dilakukan pada produk yang mudah
rusak apabila dipanaskan atau tidak dapat disterilisasi secara
komersil termasuk susu (Desrosier, 2004). Pasteurisasi
membunuh semua mikroorganisme psikrofilik, mesofilik, dan
sebagian yang bersifat termofilik. Biasanya pasteurisasi
dipadukan dengan teknik penyimpanan pada temperatur
rendah yang bertujuan untuk mencegah pertumbuhan
mikroorganisme termofilik yang temperatur pertumbuhan
9
minimumnya cukup tinggi. Produk hasil pasteurisasi bila
disimpan pada temperatur kamar hanya bertahan 1 sampai 2
hari sedang jika disimpan pada temperatur rendah dapat tahan
1 minggu.
Terdapat dua cara pasteurisasi di dalam industri
pengolahan pangan, yakni LTLT (Low Temperature Long
Time) dan HTST (High Temperature Short Time), dengan
penjelasannya pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Pasteurisasi LTLT dan HTST
Jenis
Pasteurisasi Penjelasan
Suhu
Pasteurisasi Waktu
LTLT Pemanasan
bahan pada suhu
relatif rendah
dengan waktu
relatif lama
63oC 30
menit
HTST Pemanasan
bahan pada
suhu tinggi
dengan waktu
singkat
72oC 15 detik
(Sumber : Budiyono, 2009)
Salah satu teknik yang bisa digunakan untuk
pasteurisasi susu adalah dengan UHT (Ultrahigh Temperature
Short Time). Metode ini menggunakan suhu sekitar 135oC
dengan waktu 1-2 detik. Proses pasteurisasi pada susu dapat
10
membunuh patogen maupun pembusuk sehingga dapat
memperpanjang umur simpannya (Kisko dan Roller, 2010).
2.3 Electrical Ohmic Heating
Ohmic heating bukanlah sebuah konsep yang baru.
Metode ini telah berkembang sebelum abad ke 20. Pasteurisasi
dengan listrik untuk bahan susu dengan memompa larutan
tersebut masuk diantara dua buah elektroda yan memiliki beda
potensial diantara keduanya. Di Amerika telah memiliki 6 negara
bagian yang memiliki mesin pasteurisasi listrik komersial (Liu,
2014).
Ohmic heating atau bisa disebut juga dengan prinsip
pemanasan Joule (Joule heating) Pemanasan ohmik merupakan
suatu proses dimana arus listrik dilewatkan melalui bahan
pangan. Akibatnya, terjadi pembangkitan energi internal pada
bahan yang kemudian akan menghasilkan sebuah pola
pemanasan luar dan dalam. Dasar rancangan pemanas ohmik
terdiri dari sumber arus dan reaktor yang disisipi dengan
elektroda sebagai penghantar listrik (Castro, 2010).
Pipa ohmic menggunakan pipa lubaric. Kedua elektroda
disusun secara collinear karena cocok untuk bahan konduktivitas
tinggi (konduktivitas susu = 5,4mS/cm) dan area kontak yang
lebih luas sehingga aliran listrik tak terbatas dan merata (Sakr et
al., 2014). Dalam merancang electrical ohmic heating, terlebih
dahulu dilakukan pengujian konduktivitas susu yang didapat data
sebesar 5,4 mS/cm. Menurut Sastry dan Salengke (1992),
dimensi dapat dicari dengan beberapa persamaan berikut.
11
𝜎 = (1
𝑅) (
𝐿
𝐴) Keterangan :
𝜎 : sigma
R : hambatan (Ω)
L : panjang (cm)
A : luas penampung (cm3)
Dalam persamaan diatas, 1/R merupakan konduktan
listrik dari bahan yang nilainya sama dengan rasio antara
besarnya arus listrik (I) yang mengalir melalui dengan gradien
dari voltase (V)
atau bisa ditulis dengan persamaan.
𝑅 = (1
𝜎) (
𝐿
𝐴) atau 𝑅 = 𝜌 (
𝐿
𝐴) Keterangan :
𝜎 : sigma
R : hambatan (Ω)
L : panjang (cm)
A : luas penampang (m2)
𝜌 : massa jenis bahan (m/S)
Sebelum menentukan dimensi pipa ohmic terlebih dahulu
dicari nilai R dan nilai ρ. Persamaan yang digunakan untuk
menentukan nilai R adalah persamaan berikut ini.
𝑃 = 𝑉2
𝑅 atau 𝑅 =
𝑉2
𝑃 Keterangan :
R : hambatan (Ω)
V : tegangan (volt)
P : daya listrik (watt)
Selanjutnya persamaan di bawah berikutlah yang
digunakan untuk menentukan nilai ρ berikut.
12
𝜌 = 1
𝑘 Keterangan :
𝜌 : massa jenis bahan (m/S)
k : konduktivitas bahan (S/m)
Kemudian ditentukan dimensi pipa ohmic dengan
persamaan berikut ini.
𝑅 = 𝜌 (𝐿
𝐴) Keterangan :
𝜌 : massa jenis bahan (m/S)
R : konduktivitas bahan (S/m)
L : panjang pipa ohmik (m)
A = Luas penampang pipa ohmic (m2)
Electrical ohmic heating merupakan salah satu teknik
yang menjadi alternatif untuk pemanasan pada produk makanan.
Pemanasan pada ohmic heating merata dan mampu mengurangi
masalah fouling serta kerusakan produk dalam waktu yang
singkat. Aplikasi teknik ini di industri makanan sangatlah besar
seperti blanching, evaporasi, dehidrasi, fermentasi dan
pasteurisasi (Pereira et al.,2011).
13
Berikut pada gambar 2.1 adalah penelitian terdahulu
teknologi ohmic heating skala laboratorium.
Gambar 2.1 Teknologi Ohmic Heating skala laboratorium
(Sumber: Castrol, 2010)
Desain elektroda yang cocok untuk digunakan dalam
pemanasan ohmik harus dipertimbangkan bahan dan ukurannya.
Pada desain penelitian terdahulu elektroda konduktif
menggunakan bahan seperti titanium, steinless steel, titanium
platinized, aluminium dan grafit. Elektroda biasanya dipilih
berdasarkan pada harga dan ketahanan koreksi yang akan
berpengaruh terhadap efisiensi pemanas ohmik. Untuk
pengaplikasian pada kualitas produk yang tinggi seperti pangan,
maka logam steinless steel cocok untuk digunakan. Akan tetapi
penggunaan bahan ini tetap memiliki jangka waktu pemakaian
yaitu berkisar 6-7 bulan. Setelah elektroda mengalami fouling
ataupun berkarat harus dilakukan penggantian terhadap
elektroda. Berikut merupakan ringkasan dari kelebihan dan
kekurangan dari pemanasan ohmik pada tabel 2.3
14
Tabel 2.3 Kelebihan dan Kekurangan dari Ohmic Heating
No. Kelebihan Kekurangan
1. Panas dicapai dengan
sangat cepat
Kurangnya informasi secara
umum
2. Mengurangi masalah
fouling permukaan
Membutuhkan pengetahuan
konduktivitas bahan cair
3. Pemanasan seragam
pada cairan dan tingkat
pemanasan yang cepat
Mendekati larangan
frekuensi yang diijinkan
4. Tidak ada residu
pemanasan setelah
mematikan arus
Sulit untuk mengamati dan
dikendalikan
5. Biaya perawatan rendah
dan memiliki konversi
energi yang tinggi
Sukar untuk menyatukan
suhu dan distribusi medan
listrik
6. Sistem yang ramah
lingkungan
(Sumber : Liu, 2014)
2.4 Kondesor Tipe Shell and Tube
Kondensor merupakan komponen pendingin yang sangat
penting dan berfungsi untuk memaksimalkan efesiensi pada
mesin AC yang pada intinya terletak di kondensor sebagai
mendinginkan gas refrigerant dan ini terjadi pelepasan panas
pada shell and tube yang mana air dialirkan didalam pipa pada
kondensor, kemudian air tersebut seketika panas karena ada gas
refrigerant yang berada di dalam shell tersebut, air panas yang
15
berada didalam pipa selanjutnya di alirkan kedalam
penampungan sementara untuk dipakai keperluan mandi. Pada
umumnya aliran fluida yang mengalir terus-menerus di dalam alat
penukar kalor, setelah melampaui operasi tertentu akan
mengakibatkan pengotoran pada dinding shell and tube tersebut
deposit yang terbentuk dipermukaan kebanyakan akan
mempunyai konduktivitas termal yang cukup rendah sehingga
akan mengakibatkan penurunan efesiensi global perpindahan
panas didalam alat penukar kalor, akibatnya laju perpindahan
panas didalam alat penukar kalor menjadi rendah (Frank, 1997).
Berikut pada gambar 2.2 merupakan bentuk dari
kondensor tipe shell and tube.
Gambar 2.2 Kondensor shell and tube
Alat penukar kalor jenis shell and tube adalah alat penukar
kalor yang banyak digunakan diberbagai macam industri dan
paling sederhana dibandingkan dengan alat penukar kalor yang
lainnya, yang dipergunakan diberbagai instalasi proses produksi
pada dasarnya merupakan tempat pertukaran energi dalam
bentuk panasdari sebuah sumber atau fluida ke sumber yang lain.
Komponen ini merupakan peralatan yang vital karena tanpa
menggunakan komponen ini, kebanyakan proses industri tidak
dapat dioperasikan, dalam proses perancangan alat penukar
16
kalor shell and tube tujuan utamanya adalah menentukan dimensi
dan geometri alat tersebut sesuai dengan spesifikasi bahan dan
proses yang telah ditentukan. Prosesnya terdiri dari beberapa
tahap, di mana yang pertama biasanya adalah pendefinisian
aliran fluida kerja yang akan dilewatkan pada bagian shell and
tube. Pada tahap yang kedua dilakukan pemilihan dimensi dan
geometri shell and tube, seperti diameter shell minimum dan
maksimum ukuran dan bahan pipa serta susunan dan tata
letaknya, sesuai standar yang ada. Tahap selanjutnya adalah
menetapkan harga maksimum yang diijinkan bagi kerugian
tekanan di sisi shell maupun di sisi tube, serta menetapkan type
dan ukuran buffle (Cengel, 2003).
2.5 Sistem Kontrol PID
Sistem kontrol adalah bagian terpenting dalam mesin
pasteurisasi susu sapi berbasis ohmic heating. Selain itu
pemakaian sistem kontrol dapat dilihat pada pengontrolan
tekanan, kecepatan, suhu dan aliran dalam berbagai proses.
Karena besarnya potensi dari sistem kontrol maka sistem
kontrol banyak dikembangkan diberbagai kontrol mesin saat ini
(Ogata, 1996).
Suhu merupakan parameter yang penting dari proses
pasteurisasi. Suhu menjadi faktor penting dalam menjaga
kualitas dari susu hasil paseurisasi. Karena itu suhu menjadi
salah satu faktor penting untuk dikendalikan dengan sistem
kontrol (Gunterus, 1994). Salah satu sistem kontrol yang sering
digunakan adalah sistem kontrol PID (Proportional Integral
17
Derivative) merupakan salah satu sistem kontrol yang bertujuan
memperbaiki kinerja suatu sistem, termasuk sistem kontrol
suhu. Kecepatan respon dan error steady state merupakan
parameter yang diukur untuk menilai kinerja suatu sistem
kontrol. Sistem kontrol PID diimplementasikan melalui
perangkat lunak berbasis personal computer (PC) yang
sekaligus juga dipakai sebagai monitoring kurva respon yang
dihasilkan melalui tampilan grafik interaktif (Astrom, 1997)
18
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan
Pembuatan dan pengujian hasil mesin pasteurisasi ini
dilaksanakan di Laboratorium Lestarindo dan Laboratorium
Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP)
Jurusan Keteknikan Pertanian Universitas Brawijaya Malang.
Proses pembuatan dan pengujian hasil dilaksanakan selama 5
bulan, yaitu pada bulan Februari hingga Juli 2015. Jadwal
Fluktuasi Pelaksanaan dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Jadwal Fluktuasi Pelaksanaan
Kegiatan Bulan 1 Bulan 2 Bulan 3 Bulan 4 Bulan 5
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Study
Pustaka
Tahap
Persiapa
n
Tahap
Peranca
ngan
Tahap
Pengujia
n
Evaluasi
19
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1. Peralatan yang digunakan yaitu
Meteran : Digunakan untuk mengukur
dimensi
Obeng : Digunakan sebagai alat bantu
pemasangan bagian-bagian
mesin
Pemotong Steinless Steel : Memotong plat steinless steel
Gerinda : memotong plat steinless steel
Lem Dexton : Menyambungkan bagian
Bor Listrik : Membuat lubang di plat
steinless steel
Gergaji : Memotong pipa aklirik
Las : Digunakan untuk menyatukan
material besi dalam
pembuatan penyangga dan
rangka mesin
Solder : Digunakan sebagai alat bantu
untuk merangkai rangkaian
elektronika
Kunci Pas : Digunakan untuk mengunci
tabung ohmik
Pemotong Kabel : Digunakan sebagai alat bantu
untuk memotong kabel AC
20
Data Logger : Digunakan sebagai instrumen
untuk merekam data saat
proses berlangsung
Clampmeter : Digunakan sebagai
pengukuran kuat arus listrik
AC
3.2.2. Bahan-bahan yang digunakan yaitu
Susu Sapi : Digunakan sebagai bahan
yang akan diberikan treatment
Pipa Lubaris : Digunakan sebagai bahan
baku pembuatan tabung ohmic
heating
Sensor ACR712 : Digunakan sebagai sensor
suhu
Mur : Digunakan sebagai bahan
untuk menyatukan bagian-
bagian mesin
As Steinless Steel : Digunakan sebagai bahan
untuk pembuatan elektroda
Relay : Digunakan untuk instrumen
pada kontrol panel
Stop Kontak : Digunakan untuk memutuskan
dan menghubungkan arus
listrik
21
Tombol Power : Digunakan untuk tombol
menyalakan mesin pasteuriasi
Kotak Panel : Digunakan sebagai tempat
sistem kontrol dirangkai
Thermocontrol : Untuk menampilkan suhu
proses
Kabel : Mengalirkan arus listrik
Kaca Aklirik : Sebagai pelindung proses
Timer Kontrol : Sebagai
Solenoid Valve : Memutus dan mengalirkan
aliran air
3.3. Pendekatan Penelitian
3.3.1. Kajian Pustaka
Tahap penulisan diawali dengan studi pustaka mengenai
pasteurisasi susu sapi serta teknologi pasteurisasi yang telah ada
sebelumnya. Dalam penyusunan tugas akhir ini pengumpulan
data dilakukan dengan melakukan studi literatur (library research)
dan penelusuran informasi digital dengan sasaran antara lain :
a. Informasi internet
b. Pustaka-pustaka refrensi
c. Pustaka penunjang
3.3.2. Perancangan desain secara fungsional
Mesin pasteurisasi susu sapi dalam tugas akhir ini
menggunakan pemanasan dengan prinsip ohmik. Pemanasannya
berlangsung di dalam tabung ohmik yang ujung-ujung nya telah
22
disisipkan elektroda yang terbuat dari stainless steel. Kemudian
elektroda tersebut dihubungkan dengan arus listrik AC. Sebelum
dilakukan treatment pasteurisasi susu sapi dimasukan ke dalam
wadah yang terdapat mixer untuk homogenisasi susu dengan
perasa rasa. Pendinginannya menggunakan kondensor tipe shell
and tube dimana terdapat 2 selang. Selang yang pertama berisi
air dingin yang tersirkulasi menggunakan pompa dan selang ke
dua yang berada di dalam selang pertama yaitu berisi susu hasil
pasteurisasi yang masih bersuhu diantara 80-90OC. Kemudian
akan terjadi proses pindah panas antara susu dan air yang
tersirkulasi. Selain itu terdapat sistem kontrol yang akan
mengontrol suhu pasteurisasi susu, waktu homogenisasi, pompa
kondensor dan solenoid valve. Maka dalam rangkaian mesin
pasteurisasi ini memiliki beberapa komponen pendukung yang
berfungsi untuk menunjang kinerja dari mesin pasteurisasi susu
sapi ini. Adapun beberapa komponen penunjang adalah sebagai
berikut:
a. Tangki input berfungsi sebagai wadah penampung
sementara sebelum bahan memasuki tabung ohmik dan
kondensor
b. Mixer berfungsi untuk menghomogenisasi susu dengan
perasa-rasa
c. Electrical Ohmic Heating bergfungsi untuk pemanasan
susu secara internal pada bahan
23
d. Sistem kontrol berfungsi untuk mengkontrol suhu
pasteurisasi, waktu homogenisasi, pompa kondensor dan
solenoid valve.
e. Selang berfungsi untuk mengalirkan susu dari tangki input,
tabung ohmik, kondensor hingga ke tangki output.
f. Kondensor berfungsi untuk pendinginan susu hingga ke
suhu ruangan
g. Bak penampung air berfungsi untuk menampung air
pendingin dari kondensor
h. Pompa air berfungsi untuk alat penarik air pendingin ke
dalam selang kondensor
i. Kerangka berfungsi untuk menyangga bagian-bagian dari
mesin pasteurisasi
j. Tangki output berfungsi sebagai wadah penampung untuk
susu yang telah dipasteurisasi
k. Kran output berfungsi untuk tempat mengeluarkan bahan
susu keluar dari tangki output
24
3.3.3. Perancangan desain secara struktural
Setelah dilakukan perancangan secara fungsional maka
dilakukan tahap pembuatan yaitu tahap perancangan secara
struktural. Adapun desain rancangan dari mesin pasteurisasi susu
berbasis ohmic heating sebagai berikut pada Gambar 3.1:
Keterangan Gambar :
1. Mixer
2. Tangki Input
3. Electrical Ohmic Heating
4. Sistem Kontrol
5. Kondensor
6. Kerangka
7. Bak Penampung Air
8. Tangki output
9. Kran output
10. Pompa air
Gambar 3.1 Desain Mesin Pasteurisasi Susu Sapi Berbasis
Ohmic Heating
Mesin pasteurisasi susu ini memiliki tangki input dengan
volume total sebesar 15 liter dan volume tangki output sebesar 15
liter. Pada mesin pasteurisasi tersebut dilengkapi dengan tabung
ohmik heating dengan volume per proses sebesar 250 ml. Serta
dipasangkan kondensor (heat exchanger) berfungsi sebagai
cooling yang akan mendinginkan susu setelah proses
pasteurisasi. Kondensor dengan diameter 5 mm yang berfungsi
sebagai media penyalur susu dan dibagian luarnya dilapisi selang
9
1
4
2
3
5
6
7
9 8
10
25
air dengan diameter 2,5 cm sebagai media penyalur air
pendingin. Tipe kondensor adalah shell and tube. Serta untuk
mendukung dalam proses pasteurisasi yang continue dipasang
beberapa instrumentasi yang berada pada sistem kontrol seperti
timer untuk proses homogenisasi, pengukur suhu pada tabung
ohmik, tombol pompa dan solenoid valve. Adapun desain
rancangan instrumentasi pada kondensor, sistem kontrol dan
tabung ohmic heating sebagai berikut pada gambar 3.2, 3.3 dan
3.4 :
Keterangan Gambar :
1. Kerangka
2. Lintasan kondensor
3. Selang air pendingin
4. Pipa penyalur susu
5. Penyambung pipa T
Gambar 3.2 Desain Kondensor
Keterangan Gambar :
1. Termokontrol
2. Pengunci Box
3. Saklar Pemanasan
4. Saklar Homogenisasi
5. Timer Dobel Jarum
6. Saklar Pompa
Gambar 3.3 Desain Instrumentasi pada Box Kontrol
1
3
4
5
2
5
2 6
3
1
4
26
Gambar 3.4 Desain Instrumentasi Pada Tabung Ohmic Heating
Keterangan Gambar :
1. Sensor Suhu
2. Saluran Keluar Bahan
3. Elektroda
4. Kabel Konektor Arus AC
5. Saluran Masukan Bahan
6. Tabung Ohmic Heating
3.4. Prosedur Penelitian
3.4.1. Persiapan Bahan Baku
Pada tahap ini susu sapi digunakan sebagai bahan baku
yang akan dipasteurisasi. Bahan susu sapi segar diperoleh dari
Koperasi Susu Dau yang di ambil pada saat pagi hari. Kemudian
bahan susu dimasukan ke sterofoam yang telah di isi es batu
agar kondisi susu dingin sehingga mikroba tidak mudah tumbuh.
1
6 2
3
5
4
27
3.4.2. Pembuatan Kerangka
Dalam tahap ini terdapat 3 kerangka yang dibuat yang
pertama adalah kerangka box kontrol untuk instrument sistem
kontrol yaitu box yang dibuat dari steinless steel yang berbentuk
seperti lemari kecil. Kedua adalah kerangka penyangga ohmik,
kondensor dan tangki input yang terdiri dari 3 balok besi yang
saling menyambung. Terakhir adalah bak penampung air
pendingin yang terbuat dari steinless steel yang di bentuk seperti
bak air pada bagian atasnya terbuka.
3.4.3. Pembuatan Kondensor
Pada awalnya pipa aluminium yang food grade dimasukan
ke dalam selang air. Kemudian sisi selang air di beri pipa penutup
dan sisi lain nya di beri tekanan dari air agar posisi selang tetap
keras dan terisi air penuh. Selanjutnya selang dililitkan ke tabung
dan ditahan selama 24 jam dengan bantuan pengikat. Penguat
diberikan pada ujung ujung pipa penyambung agar posisi
kondensor yang melilit tidak berubah.
3.4.4. Pembuatan Tabung Ohmic Heating
Pada tahap ini tabung ohmic heating dirangkai sesuai
dengan desain instrumentasi yang telah dirancang sebelumnya.
Berikut merupakan tahap pembuatan tabung ohmic heating :
1. Mempersiapkan alat dan bahan penyusun tabung ohmic
heating.
28
2. Melakukan perhitungan panjang efisiens dari ohmik
berdasarkan penelitian pendahuluan mengenai resistansi
bahan susu yang telah di lakukan
3. Kemudian pipa lubaris 3 cm dipotong sepanjang 20 cm.
Dilanjutkan dengan melubangi pipa lubaris dengan bor duduk
dibagian atas kiri dan kanan bawah pipa yang diletakan
horizontal. Jarak dari ujung 4 cm dan diameter lubang 0,25
cm. Kemudian buat lubang di tengah pipa lubaris dengan
diameter 0,1 cm untuk menempelkan sensor suhu.
4. Kemudian disiapkan elektroda dengan cara membubut
material steinless steel 304B dengan diameter 3,3 cm dan
tebal elektroda sebesar 3 mm.
5. Kemudian rangkai komponen-komponen pada tabung ohmic
heating meliputi, sensor suhu, 2 elektroda, 2 pipa overloop
rubber ring, baut dan mur steinless steel.
6. Terakhir di tambahkan lem dexton pada bagian-bagian
sambungan agar tidak terjadi kebocoran pada tabung ohmic
heating.
3.4.5. Pembuatan Sistem Kontrol
Pada tahap ini sistem kontrol dirangkai sesuai dengan
instruksi pada pedoman perangkaian. Sebelum dipasang ke
dalam box kontrol terlebih dahulu sistem kontrol di uji dengan
merangkainya pada luar box kontrol. Thermokontrol, saklar, riley,
terminal kabel dan timer dobel jarum dipasangkan pada box
kontrol kemudian dirangkai kembali.
29
3.4.6. Uji Performansi
Uji performansi dari mesin pasteurisasi susu sapi ini,
difokuskan pada efisiensi penggunaan energi listrik untuk proses
pemanasan bahan. Dalam uji ini parameter yang diukur antara
lain suhu, waktu dan arus listrik selama proses pasteurisasi.
Bahan susu sapi akan dipasteurisasi ,diamati dan dicatat
perubahan datanya menggunakan data logger. Hasil data dapat
diolah menggunakan aplikasi microsoft exce untuk mengetahui
efisiensi energi dari alat saat mempasteurisasi susu sapi.
3.5. Teknik Analisis Data
Penelitian ini menggunakan teknik analisis data secara
eksperimental murni sehingga dalam menganalisis data
dilaksanakan dengan menginterprestasikan data yang diperoleh
dari hasil eksperimen (percobaan) dan menyajikan kembali
kedalam bentuk kalimat.
30
3.6. Aliran Tahap Kegiatan
Selesai
Mulai
Studi Literatur
Perancangan Alat
Persiapan Bahan dan Alat
Penyelesaian Kerangka
Penyelesaian Kondensor
Penyelesaian Ohmic Heating
Penyelesaian Sistem Kontrol
Pengujian Performansi
Pengumpulan Data
Analisis Data
31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Rancangan Mesin
4.1.1. Implementasi Perancangan Mesin
Mesin pasteurisasi susu sapi ini merupakan mesin
pasteurisasi dengan menggunakan metode ohmic heating yang
dilengkapi dengan kontrol suhu untuk pengatur ketika suhu tepat
pada set point automatis susu akan mengalir ke proses
selanjutnya. Setelah dipanaskan dengan ohmik susu akan
didinginkan dengan kondensor tipe shell and tube. Setelah
melakukan proses perancangan desain yang telah dilakukan
pada tahap awal serta penjelasan deskripsi dari mesin dan
komponen penunjang, maka langkah selanjutnya yakni tahap
pematangan desain dan realisasi perancangan mesin
pasteurisasi susu sapi yang dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut
ini.
Gambar 4.1 Implementasi Rancangan Mesin Pasteurisasi Susu
Sapi Berbasis Ohmic Heating (Penulis, 2016)
2
3
5
6
7
8
9
1
4
Keterangan Gambar : 1. Mixer 2. Tangki input 3. Electrical ohmic heating 4. Sistem kontrol 5. Selang 6. Heat Exchanger tipe
shell and tube 7. Kerangka 8. Bak Penampung Air 9. Tangki output
32
Tangki input yang berada dibagian atas mesin
pasteurisasi ini merupakan wadah penampung susu sapi yang
akan dipasteurisasi sekaligus tempat untuk menghomogenisasi
antara susu dengan perasa-rasa. Pada tampak depan mesin ini
dapat dilihat terdapat komponen tabung ohmik, dimana tabung ini
merupakan tempat terjadinya proses pasteurisasi bahan secara
langsung yang diposisikan secara horizontal. Selain itu juga
terdapat komponen penunjang seperti kondensor yang berfungsi
untuk mendinginkan bahan setelah proses pemanasan hingga
mencapai suhu ruang. Dibagian samping alat terdapat box kontrol
yang merupakan pusat kontrol dari keseluruhan proses yang
akan diberikan pada susu sapi. Kemudian tangki yang berada
dibagian bawah dan terdapat kran pengeluaran merupakan tangki
output yang merupakan wadah penampung untuk susu sapi yang
telah dipasteurisasi. Mesin pasteurisasi ini juga dilengkapi dengan
bak penampung air pendingin dan penyangga untuk menyangga
komponen-komponen mesin.
4.1.2 Spesifikasi Mesin
Untuk mendukung proses pasteurisasi akan berjalan
dengan maksimal apabila didukung dengan sistem kerja
beberapa komponen-komponen penunjang. Berikut merupakan
spesifikasi dari mesin pasteurisasi susu sapi yang meliputi:
33
a. Tangki Input
Berikut pada gambar 4.2 merupakan desain dari tangki
input pada mesin pasteurisasi susu sapi.
(a) (b)
Gambar 4.2 (a) Desain Tangki Input tampak isometri dan
(b) Desain Tangki Input tampak depan
Tangki input adalah wadah penampung susu sapi yang
belum diproses. Pada tangki ini dilakukan pula proses
homogenisasi antara susu sapi dan perasa-rasa. Tangki input
berbentuk tabung yang pada bagian bawah diberi lubang
keluaran. Tangki ini menggunakan barang umum yang sudah ada
yakni panci berjari-jari 15 cm dengan input memiliki tinggi 25 cm.
Volume maksimal didapatkan dari perkalian π x r2 x t sehingga
volume maksimal sebesar 3,14 x (15)2 x 25 = 17,66 liter.
Diameter dalam lingkaran tabung sebesar 30 cm dan diameter
luar lingkaran tubang sebesar 29,95 cm. Sehingga diketahui tebal
tabung sebesar 5 mm. Lubang dibagian bawah memiliki diameter
lubang sebesar 3 cm. Bagian tambahan dari tangki input penutup
tangki yang telah di rekatkan dengan mixer.
= 30 cm
30 cm
34
b. Mixer
Mixer berfungsi menghomogenisasi antara susu sapi
dengan perasa-rasa. Tipe mixer yang digunakan yakni Maspion
MT-1150 yang dilengkapi dengan 5 pilihan kecepatan yang ideal
untuk mencampur. Mixer ini memiliki 2 buah pengaduk
(beater) yang terbuat dari Stainless Steel membuatnya tahan
lama dan tidak cepat rusak. Pengaduk dapat dilepas agar mudah
dibersihkan. Mixer berukuran lebar sebesar 21 cm, panjang
sebesar 20 cm dan tinggi sebesar 11 cm. Daya yang dibutuhkan
sebesar 180 watt.
Berikut pada gambar 4.3 merupakan mixer mesin
pasteurisasi susu sapi.
Gambar 4.3 Mixer
c. Tabung Ohmic Heating
Tabung ohmik merupakan komponen utama dari mesin
pasteurisasi ini yang berfungsi sebagai tempat proses
pemanasan internal bahan. Dimana susu sapi dipanaskan
dengan memanfaatkan nilai hambatan dari susu sapi itu sendiri
atau sering disebut electrical resistor. Dinding pada tabung ohmik
terbuat dari pipa lubaris aklirik dengan diameter 3,5 cm. Dibagian
35
masing-masing ujung pipa lubaris terdapat elektroda, bahan yang
digunakan untuk membuat elektroda yakni steinless steall karena
bahan ini baik dalam menghantarkan arus listrik dan tidak mudah
berkarat. Serta material stainless steel diperuntukkan high
product quality seperti bahan makan (Stancl dan Zitny, 2010).
Pada mesin pasteurisasi ini digunakan dua elektroda stainless
steel yang masing-masing berdiameter 3,5 cm dan tebal 3 mm.
Kedua elektroda disusun secara collinear karena cocok untuk
bahan konduktivitas tinggi (konduktivitas susu = 5,4mS/cm) dan
area kontak yang lebih luas sehingga aliran listrik tak terbatas dan
merata (Sakr et al., 2014). Pada bagian kiri bawah dan kanan
atas dari tabung ohmik yang diposisikan horizontan dibuat lubang
dengan ukuran diameter 1 cm yang berfungsi untuk lubang
masuk dan keluarnya susu sapi selama proses pemanasan.
Untuk tempat meletakan sensor suhu tabung yang diposisikan
horizontal pada bagian atas dilubangi dengan ukuran diameter
0,5 cm. Tabung ohmik diposisikan horizontal yang dicapit pada
bagian tengahnya gunanya untuk agar selama proses tabung
ohmik tidak berubah posisinya. Sedangkan alasan tabung ohmik
diposisikan horizontal adalah agar mempercepat kontak susu sapi
ketika memasuki tabung ohmik. Apabila tabung ohmik diposisikan
vertikal, maka arus listrik akan memulai pemanasan disaat susu
sapi telah memenuhi tabung hal ini menyebabkan adanya waktu
tunggu yang tidak effektif. Proses pemanasan dilakukan hingga
suhu 90°C. Pemilihan suhu tersebut didasarkan pada konsep
HTST (High Temperature Short Time) pada suhu 87,8 – 93,3 °C
36
sehingga bakteri patogen akan mati tetapi kondisi nutrisi tetap
terjaga (Budiyono, 2009). Berdasarkan perhitungan dari
persamaan (1) dan (2) didapatkan nilai 𝑅 = (220∗220)
250 = 193,6 Ω
(dengan asumsi tegangan rumah 220 volt dan daya yang
direncanakan sebesar 250 watt), sedangkan berdasarkan
persamaan (4) didapatkan nilai 𝜌 = 1
0,54 = 1,85 m/S. Apabila
diameter pipa ohmic yang digunakan 3,5 cm maka A yang
digunakan sebesar 9,616 cm2 atau 0,0009616 m2, berdasarkan
persamaan (5) didapatkan nilai L = (193,6 x ,0009616)/1,84 =
0,1006 m atau 10,06 cm. Nilai L tersebut merupakan jarak antar
elektrodanya sehingga panjang total pipa ohmic yang digunakan
adalah 20 cm.
Berikut pada gambar 4.4 merupakan desain dari tabung
ohmic heating pada mesin pasteurisasi susu sapi.
Gambar 4.4 Desain Tabung Ohmic Heating
37
d. Sistem Kontrol
Berikut pada gambar 4.5 merupakan skema rangkaian
sistem otomatis mesin yang didesain menggunakan software
Eagle pada mesin pasteurisasi susu sapi dan pada gambar 4.6
merupakan box kontrol
Gambar 4.5 Rangkaian sistem otomatis mesin pasteurisasi
berbasis electrical ohmic heating
Gambar 4.6 Sistem Kontrol Otomatis
Sistem otomatis berfungsi untuk mengatur kinerja alat
dengan parameter suhu yang telah disesuaikan dengan
38
kebutuhan pada proses pasteurisasi. Prinsipnya, ketika suhu
telah mencapai suhu target, maka mesin akan otomatis berhenti
dan pompa akan mendorong susu ke bagian heat exchanger
untuk didiginkan. Selanjutnya mesin akan bekerja kembali
mendorong susu yang belum terpasteurisasi ke dalam ohmic
secara otomatis dan begitu seterusnya. Selain itu, sistem
otomatis ini juga mengatur kecepatan dan waktu mixer berputar.
e. Kondensor
Berikut pada gambar 4.7 merupakan realisasi dari
kondensor pada mesin pasteurisasi susu sapi.
Gambar 4.7 Desain Kondensor Tipe Shell and Tube
Kondensor merupakan komponen yang akan membantu
proses pendinginan setelah proses pasteurisasi di tabung ohmik.
Tipe heat exchanger yang dipilih adalah shell and tube karena
dapat digunakan untuk proses-proses dengan cakupan variasi
tekanan, suhu dan material lebih luas, konstruksi yang sederhana
dan perawatan yang lebih mudah (Suryanararayana et al, 2003).
Kondensor memiliki 2 bagian yakni pada bagian dalam terbuat
dari pipa stainless steel dengan diameter 5 mm yang berfungsi
39
sebagai media penyalur susu dan dibagian luarnya dilapisi selang
air dengan diameter 2,5 cm sebagai media pendingin.
f. Pompa Air
Pompa air pada mesin pasteurisasi susu sapi ini berfungsi
untuk mendorong aliran air dingin menuju kondensor sehingga
mampu memindahkan panas dari susu sapi. Pada mesin
pasueurisasi susu sapi ini jenis pompa yang digunakan adalah
pompa celup atau submersible pump.
Berikut pada gambar 4.8 merupakan pompa celup yang
digunakan pada mesin pasteurisasi susu sapi.
Gambar 4.8 Pompa air celup
Pompa jenis ini menggunakan sistem sentrifugal,
mengubah energi kinetis dalam air menjadi energi potensial yang
bergerak ke permukaan melalui perangkat impeller yang bergerak
memutar di dalam casing pompa. Mesin ini tertutup rapat didalam
casingnya. Bila jet pump bekerja dengan cara menarik air ke
permukaan, beda hal nya dengan pompa celup yakni
kebalikannya dengan cara mendorong. Maka dari itu pompa
celup harus diletakkan di dalam air dengan ketinggian air minimal
yang dapat dipompa oleh mesin. Ketinggian minimal harus tetap
terjaga karena jika kurang, maka mesin tidak dapat memompa air
165 mm
= 135 cm
40
dan akan mengakibatkan kerusakan pada mesin. Keunggulan
dalam penggunaan pompa celup yakni tidak menimbulkan suara
yang bising, mesin pompa tidak mudah panas dan tidak
menggunakan sistem shaft penggerak sehingga shaft dan
bearing tidak mudah aus. Pompa celup membutuhkan daya
sebesar 80 watt dengan daya dorong maksimal 3,2 meter.
Kapasitas maksimal yang dapat dilakukan oleh pompa celum ini
adalah 3200 liter/ jam hal ini sudah sesuai dengan kebutuhan
pada mesin pasteurisasi susu sapi yang tidak terlalu
membutuhkan kapasitas air yang besar. Ukuran pompa celup
kecil dan praktis dengan diameter sebesar 135 mm dan tinggi alat
sebesar 165 mm.
g. Bak Penampung Air
Bak penampung air pada mesin pasteurisasi berfungsi
sebagai penampung air pendingin. Bahan dari bak penampung
yakni steinless steall dengan ukuran panjang sebesar 100 cm,
lebar sebesar 46 cm dan tinggi 35,5 cm. Volume maksimal dari
bak penampung sebesar 150 liter.
Berikut pada gambar 4.9 merupakan bak penampung air
pada mesin pasteurisasi susu sapi.
Gambar 4.9 Bak penampung air pendingin
41
h. Kerangka
Kerangka merupakan dasar gabungan dari komponen
tangki input, tabung ohmic heating tangki output, heat exchanger,
bak sirkulasi, mixer, serta box sistem otomatis. Mesin pasteurisasi
berbasis electrical ohmic heating dirancang dengan dimensi 100
cm x 46 cm x 153,5 cm.
Berikut pada gambar 4.10 merupakan kerangka tampak
depan, samping, dan atas.
(a) (b)
Gambar 4.10 Desain kerangka mesin pasteurisasi berbasis
electrical ohmic heating tampak depan (a) samping (b)
i. Tangki Output
Tangki output merupakan wadah penampung susu sapi
setelah proses pasteurisasi dan pendinginan. Dimana tangki ini
terbuat dari barang umum sehari-hari yakni panci dengan
diameter sebesar 30 cm dan tinggi sebesar 15 cm. Volume
maksimal dari tangki output sebesar 15 liter. Pada tangki output
terdapat beberapa bagian antara lain tutup tangki, solenoid valve
dan kran. Solenoid valve berfungsi untuk membuka dan menutup
42
aliran susu hasil pasteurisasi. Pada bagian dasar pada tangki
output terdapat kran pengeluaran yang berfungsi untuk
mengeluarkan susu sapi hasil pasteurisasi yang telah bersuhu
ruang keluar dari tangka output untuk proses bottling.
Berikut pada gambar 4.11 merupakan desain tangki output
pada mesin pasteurisasi susu sapi.
(a) (b)
Gambar 4.11 (a) Desain Tangki Output tampak realistik dan (b)
Tangki Output
4.1.3 Deskripsi Mesin
Desain mesin pasteurisasi susu sapi berbasis ohmic
heating adalah mesin pasteurisasi dengan proses pemanasan
dimana susu sapi berperan sebagai electrical resistor atau sering
disebut resistansi listrik. Mesin pasteurisasi ini cocok digunakan
dalam kapasitas produksi skala ukm (usaha kecil menengah).
Mesin pasteurisasi ini digunakan sebagai upaya peningkatan nilai
jual dari susu sapi yang apabila hanya dijual langsung setelah
diperas harganya rendah yakni hanya Rp.2000,- hingga
Rp.4000,- per liter nya. Hasil yang didapatkan dari proses
pasteurisasi ini dapat memperlama masa simpan, menghilangkan
bakteri dalam susu dan menjaga vitamin tidak larut pada proses
43
pamanasan. Dalam proses pasteurisasi mesin ini menggunakan
listrik sebagai daya pembangkit panas secara internal dengan
tegangan sebesar 220 volt yakni tegangan rumah, sehingga
mesin ini tidak menimpulkan emisi gas.
Penggunaan mesin pasteurisasi susu sapi berbasis ohmic
heating memiliki beberapa keuntungan diantara lain:
1. Pemanasan merata diseluruh bagian susu sapi dikarenakan
susu sapi sebagai hambatan dari aliran listrik sehingga terjadi
pembangkitan panas secara internal dalam tabung ohmic
heating.
2. Proses pasteurisasi yang dibutuhkan relatif singkat
dikarenakan pemanasan langsung dilakukan terhadap susu
sapi.
3. Hasil keluaran susu sapi pasteurisasi langsung bersuhu ruang
dan dapat langsung di konsumsi.
4. Suhu pasteurisasi dapat diatur sesuai dengan metode
pasteurisasi yang diinginkan, sehingga mikroorganisme dapat
dibunuh dan sekaligus meminimalisir degradasi vitamin dari
susu sapi.
5. Tidak akan terjadi proses overheating dikarenakan ketika susu
telah mencapai set point automatis susu akan di alirkan ke
proses selanjutnya.
6. Kemudahan dalam pengoprasian mesin pasteurisasi
7. Prosesnya yang continue sehingga mampu menjaga kualitas
susu sapi dari bakteri patogen.
44
Adapun tahap-tahap proses penggunaan mesin
pasteurisasi susu sapi berbasis ohmic heating dapat dilihat pada
gambar 4.12 diagram dibawah ini.
Mulai
Dimasukkan ke dalam Tangki Input
Bahan Baku
Menekan Saklar Pompa, Mixer dan Pemanasan Ohmik
Mixer Menyala Menghomogenisasi Susu dengan perasa-rasa di
Tangki Input
Pompa Air Pendingin Menyala Mengisi Kondensor
Solenoid Valve Menyala Mengisi Tabung Ohmic Heating hingga
penuh
Pasteurisasi Menyala Memanaskan Susu Sapi hingga set point
Suhu Pasteurisasi yakni 90OC
Saat Telah Mencapai Suhu Pasteurisasi. Proses Pasteurisasi Mati
dan Solenoid Valve Menyala
A
Susu Sapi mengalir ke Proses Pendinginan pada Kondensor
45
Gambar 4.12 Diagram Proses Pasteurisasi Susu Sapi Pada
Mesin Pasteurisasi Berbasis Ohmic Heating.
(Penulis, 2016)
4.2 Pengujian Performansi Mesin
Pengujian dilakukan bertujuan untuk mengetahui hasil
performansi efisiensi dari mesin pasteurisasi susu sapi berbasis
ohmic heating. Variabel yang akan diamati meliputi nilai arus, nilai
suhu pasteurisasi dan waktu selama proses pasteurisasi. Tahap
awal yang harus dilakukan adalah mempersiapkan alat dan
bahan. Bahan yang digunakan adalah susu hasil perahan KUD
DAU yang di ambil pada pukul 6.00 pagi. Untuk mendapatkan
nilai arus pada saat proses pasteurisasi, digunakan alat bantu
pengukur arus yakni clamp meter. Clamp meter dipasang pada
bagian kabel konektor yang terhubung langsung dengan tabung
ohmik.
Susu Sapi Pasteurisasi
Selesai
Susu Sapi Pasteurisasi Dikeluarkan Melalui Kran
Pengeluaran kemudian dilakukan Bottleing
Masuk ke dalam Tangki Output
A
46
Selanjutnya masukan susu sapi pada tangki input dan atur
suhu target menjadi 90OC. Kemudian nyalakan mesin
pasteurisasi dan dicatat waktu dan nilai arus setiap perubahan
suhunya. Selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap efisiensi
mesin pasteurisasi berbasi ohmic heating.
4.2.1 Hubungan Suhu dengan Waktu Pasteurisasi
Pengujian ini menggunakan metode PID (Propotional
Integral Derivative). Pengukuran suhu pasteurisasi susu sapi
menggunakan sensor suhu yang dipasang pada bagian atas
tabung ohmik. Pengukuran dilakukan secara langsung pada
tabung ohmic heating saat proses pasteurisasi berlangsung.
Dimana sensor suhu dihubungkan dengan data logger sebagai
pencatat data.
Berikut dapat dilihat pada gambar 4.13 grafik yang
menyatakan hubungan suhu dengan waktu selama proses:
Gambar 4.13 Grafik hubungan antara waktu pemanasan (detik)
dengan suhu (°C)
47
Berdasarkan hasil pengujian secara continue, diketahui
bahwa untuk proses pemanasan pada suhu yang tinggi
dibutuhkan 2 step yaitu kondisi unsteady dan steady. Pada
kondisi unsteady dibutuhkan waktu untuk menaikkan suhu dari
26oC sampai 85oC sebesar 5,67 menit. Kemudian dilakukan
kondisi steady yaitu menahan suhu antara 85-90oC selama 43,44
menit untuk memanaskan susu sebanyak 4 liter sehingga waktu
yang dibutuhkan untuk proses pemanasan susu 15 liter adalah
170 menit.
Dari pernyataan tersebut dapat diketahui bahwa sistem
ohmic heating mampu menaikan suhu pasteurisasi dengan cepat
dan stabil. Pemanasan pada bahan susu apabila terlalu lama
akan menyebabkan terjadi fouling atau kerusakan vitamin pada
susu hasil pasteurisasi. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan
Pereira et al (2011), bahwa pemanasan pada ohmic heating
merata dan mampu mengurangi masalah fouling serta kerusakan
produk dalam waktu yang singkat. Sehingga dapat disimpulkan
hubungan antara suhu pemanasan dengan waktu pemanasan
berbanding lurus.
4.2.2 Hubungan Nilai Arus dengan Suhu Pasteurisasi
Pengukuran terhadap arus listrik dilakukan dengan
menggunakan bantuan alat pengukur arus yaitu clamp meter.
Dimana clamp meter dipasang pada kabel konektor yang
terhubung langsung pada tabung ohmik. Selanjutnya clamp meter
dihubungkan pada data logger.
48
Berikut merupakan gambar 4.14 yaitu grafik hubungan
nilai arus listrik dengan suhu pasteurisasi pada saat proses
pasteurisasi:
Gambar 4.14 Grafik hubungan antara arus (A) dengan suhu (°C)
Pada grafik ketika suhu susu di awal proses 26,8oC
konsumsi arus listriknya sebesar 0,73 A dan terus meningkat
mencapai suhu 70,9oC. Pada kondisi susu bersuhu 70,9oC
menuju 88,7oC terjadi lonjakan arus yang tinggi sebesar 0,4 A.
80oC dengan konsumsi arus sebesar 1,45 A, 81oC dengan
konsumsi arus sebesar 1,52 A, 82oC dengan konsumsi arus
sebesar 1,53 A, 83oC dengan konsumsi arus sebesar 1,51 A,
85oC dengan konsumsi arus sebesar 1,49 A, 88oC dengan
konsumsi arus sebesar 1,47 A, 90oC dengan konsumsi arus
sebesar 1,44 A, 91oC dengan konsumsi arus sebesar 1,45 A.
Kemudian arus mengalami proses menuju steady akan tetapi
pada suhu susu 87,6oC menuju ke 84,1oC terjadi penurunan arus
49
listrik sebesar 0,7 A. Selanjutnya arus mengalami kondisi steady
yakni sebesar diantara 1,2 A hingga 1,4 A.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa untuk proses
pemanasan pada keadaan unsteady didapatkan arus rata-rata
sebesar 0,796 A sedangkan pada saat kondisi steady didapatkan
arus rata-rata sebesar 1,08 A. Pada kondisi unsteady dari 26oC
sampai 85oC seiring dengan kenaikan suhu arus pemanasan juga
semakin meningkat dari 0,73 A menjadi 1,35 A. Pada kondisi
steady suhu dipertahankan antara 85oC sampai 90oC sehingga
arus yang mengalir relatif sama yaitu rata-rata 1,08 A. Apabila
suhu semakin meningkat maka arus yang digunakan untuk
pemanasan juga mengalami peningkatan. Sehingga dapat
disimpulkan suhu dan arus mempunyai hubungan yang
berbanding lurus. Data besar arus ini akan digunakan untuk
menghitung efesiensi pemanasan dengan electrical ohmic
heating.
Hal ini sesuai dengan penelitian terdahulu menurut Berk
(2009) yang menyatakan konsumsi arus listrik meningkat sejalan
dengan peningkatan suhu dari susu sapi yang dipasteurisasi.
Semakin besarnya konsumsi arus listrik, merupakan indikator
semakin efektifnya proses pasteurisasi saat suhu susu sapi
meningkat. Karena konduktivitas bahan meningkat, maka proses
pemanasan berlangsung lebih efektif. Selain itu menurut Giancoli
(2011), hal ini diakibatkan oleh konsumsi energi yang berbanding
lurus dengan arus listrik yang masuk. Dimana dalam uji mesin
50
pasteurisasi diketahui bahwa nilai konsumsi arus listrik yang terus
meningkat untuk memanaskan susu sapi.
4.2.3 Efisiensi Energi
Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan, didapatkan
nilai beberapa variabel, sehingga didapatkan nilai efisiensi energi
pada mesin pasteurisasi susu sapi yang dapat dilihat pada tabel
4.1 berikut :
Tabel 4.1 Nilai besaran yang digunakan pada proses pemanasan
Besaran
Sampel Susu Kondisi
Unsteady Steady
Tegangan (volt)
Suhu Awal (°C)
Suhu Akhir (°C)
Arus Listrik rata-rata (A)
Waktu (detik)
Massa bahan (ml)
Kalor jenis (Kj/Kg oC)
Ein (kal)
Eout(kal)
220
26,8
80,7
0.79
290
230
3,77
50402
46736,69
220
32,02
90
1,08
2540
2395
3,77
603504
523510,11
Dimana untuk kondisi Unsteady dengan tegangan 220 volt
memerlukan arus listrik rata-rata sebesar 0,79 A. Suhu awal
sebesar 26,8oC dan suhu akhir sebesar 80,7oC, sehingga
perbedaan suhunya sebesar 53,9oC. Lama pemanasan pada
kondisi ini sebesar 290 detik dengan masa susu yang
terpasteurisasi sebanyak 230 ml. Diketahui pada penelitian
51
terdahulu kalor jenis susu sapi sebesar 3,77 Kj/Kg oC. Pada
kondisi steady dengan tegangan 220 volt memerlukan arus listrik
sebesar 1,08 A. Suhu awal sebesar 32,02oC dan suhu akhir
sebesar 90oC, sehingga perbedaan suhunya sebesar 57,98oC.
Lama pemanasan pada kondisi ini sebesar 2540 detik dengan
masa susu yang terpasteurisasi sebanyak 2395 ml.
Dengan data diatas, maka dapat diketahui nilai energi
yang dikonsumsi pada mesin pasteurisasi susu sapi. Untuk
mengetahui nilai energi konsumsi atau Ein yang diperoleh dari
perhitungan daya yang masuk pada sistem dengan persamaan
𝐸𝑖𝑛 = 𝑉. 𝐼. 𝑡 (Nguyen et al., 2013). Dimana 𝑉 adalah tegangan
yang digunakan pada proses pasteurisasi, 𝐼 adalah besarnya
arus yang dibutuhkan, dan 𝑡 adalah waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai suhu set point pasteurisasi. Pada kondisi unsteady nilai
energi konsumsinya sebesar 50402 kal. Sedangkan untuk kondisi
steady nilai energi konsumsinya sebesar 603504 kal.
Selanjutnya berdasarkan data pengamatan, maka dapat
diketahui nilai energi yang dihasilkan atau Eout. Eout merupakan
besaran yang diperoleh dari perhitungan panas yang dikeluarkan
sistem pada saat proses pasteurisasi dengan menggunakan
persamaan 𝐸𝑜𝑢𝑡 = 𝑚. 𝐶𝑝. ∆𝑇 (Sandeep et al., 2009). Dimana 𝑚
adalah massa susu sapi yang digunakan, 𝐶𝑝 merupakan kalor
jenis susu sapi dan ∆𝑇 adalah selisih suhu akhir dengan suhu
awal. Maka pada kondisi unsteady nilai energi yang dihasilkan
sebesar 46736,69 kal dan pada kondisi steady nilai energi yang
dihasilkan 523510,117 kal.
52
Perhitungan efisiensi dapat dilihat pada lampiran 1. Data
perhitungan nilai energi konsumsi dan nilai energi yang
dihasilkan, maka dapat diperoleh nilai efisiensi ohmic heating
diperoleh dengan cara perhitungan dengan menggunakan
persamaan 𝑒𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 = 𝐸𝑜𝑢𝑡
𝐸𝑖𝑛𝑥100% (Nguyen et al., 2013).
Sehingga nilai effisiensi pada kondisi unsteady sebesar 92,72%
dan pada kondisi steady sebesar 86,74%. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa pada proses pemanasan dengan ohmic
heating sistem continue ini memiliki efesiensi sebesar 89,73%.
Hal ini sesuai dengan literatur yang mengatakan tingkat
efesiensi yang tinggi pada pemanasan ohmic heating ini
dikarenakan semua energi yang masuk pada sistem langsung
mengenai bahan sehingga sedikit energi yang terbuang (Nguyen
et al., 2013). Selain itu menurut Muchtadi dan Ayutaninwarno
(2010), Keunggulan utama dari ohmic heating yaitu kecepatan
pemanasan yang meningkat akibat dari meningkatnya
konduktifitas bahan, sehingga penggunaan energi selama proses
pasteurisasi semakin efektif. Didukung juga oleh pemanasan
yang relatif merata, karena memanfaatkan tahanan dari bahan itu
sendiri.
4.3 Pengujian Kualitas (TPC dan Protein)
Pengujian kualitas pada bahan pangan setelah melalui
proses pasteurisasi adalah salah satu parameter terpenting selain
produktivitas yang meningkat. Salah satu parameter kualitatif
yang dapat diuji pada susu sapi hasil pasteurisasi adalah TPC
atau Total Plate Count yaitu banyaknya bacteri yang aktif pada
53
susu di dalam satu cawan petri. Selanjutnya kadar protein adalah
banyaknya protein yang masih tersisa setelah proses
pasteurisasi, karena protein mudah larut apabila pemanasan susu
dilakukan dengan suhu tinggi dan waktu yang lama. Pada susu
UHT (ultra hight temperate) hasil pasteurisasinya harus
ditambahkan protein karena proses ini menghilangkan
keseluruhan protein.
Berikut pada table 4.2 merupakan data hasil uji di
Laboratorium Pengujian Mutu dan Keamanan Pangan, THP -
FTP, Universitas Brawijaya dan bukti hasil laboratorium pada
lampiran 3.
Tabel 4.2 Perbandingan hasil uji laboratorium susu yang
dipasteurisasi dengan konvensional, kontrol dan mesin
pasteurisasi berbasis electrical ohmic heating.
No Parameter Kontrol Konvensional Ohmic Heating
1
2
TPC (ml/cfu)
Kadar
Protein (%)
3,0 x 106
2,76
3,3 x 104
1,66
6,2 x 103
2,51
Dari data laboratorium diketahui pada parameter TPC
kontrol sebesar 3,0 x 106 ml/cfu dan pada perlakuan pasteurisasi
dengan metode konvensional didapat TPC sebesar 3,3 x 104
ml/cfu. Sedangkan pada pasteurisasi dengan metode ohmic
heating TPC hanya 6,2 x 103 ml/cfu. Pada parameter kadar
protein didapatkan hasil kontrol sebesar 2,76% dan dengan
metode pasteurisasi konvensional sebesar 1,66%. Sedangkan
54
pada metode pasteurisasi dengan ohmic heating sebesar 2,51%.
Hal ini masih sesuai dengan SNI (1995) yaitu minimal 2,5%.
Protein susu terdiri dari kasein dan whei, dimana kasein
merupakan protein utama dalam susu yang jumlah kira-kira 80 %
dari total protein. Proses pasteurisasi tidak mengubah
penyebaran kasein susu juga tidak merusak sifat whei (Buckle et
al. 1994). Terlihat pasteurisasi dengan metode konvensional
dapat menghilangkan sebagian dari kadar protein hal ini terjadi
karena proses pemanasan yang berlebih pada pasteurisasi
konvensional, sedangkan pada pasteurisasi dengan ohmic
heating dapat dikontrol sesuai dengan suhu pasteurisasi yang
diinginkan. Hal ini sesuai dengan pernyataan Buckle et al. (1994)
Proses pasteurisasi yang berlebih dapat mengubah penyebaran
kasein susu juga merusak sifat whei.
55
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat dari tugas akhir ini meliputi:
1. Mesin pasteurisasi susu sapi berbasis ohmic heating
dirancang untuk dapat memproses pasteurisasi susu sapi
sehingga hasil keluaran susu pasteurisasi langsung dalam
keadaan disuhu ruang.
2. Ohmic heating merupakan suatu proses dimana arus listrik
dilewatkan melalui bahan pangan. Akibatnya, terjadi
pembangkitan energi internal pada bahan yang kemudian
akan menghasilkan sebuah pola pemanasan luar dan dalam.
Proses continue dengan sistem kontrol yang mengatur
keseluruhan proses.
3. Mesin ini memiliki efisiensi penggunaan energi untuk proses
pasteurisasi 15 liter susu sapi dengan tegangan 220 V
sebesar 89,73%. Kualitas dari susu sapi hasil pasteurisasi
ohmic heating lebih baik pada parameter TPC sebesar 6,2x103
ml/cfu dan kadar protein 2,51% dibanding proses
konvensional yakni TPC sebesar 3,3x104 ml/cfu dan kadar
protein hanya sebesar 1,66%.
5.2 Saran
1. Untuk perhitungan efisiensi keseluruhan proses mesin
pasteurisasi berbasis ohmik heating masih belum dilakukan.
56
DAFTAR PUSTAKA
Astrom,K.J. Wittenmark, Bjorn.1997. Computer Controlled
Systems, Theory and Design. Prentice Hall.
Berk. Z. 2009. Food Process Engineering and Technology,
Academic Press: New York.
Buckle, K.A., R. A. Edwards, G.H. Fleet and M. Wootton., 1987.
Ilmu Pangan. Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta.
Budiyono, Haris. 2009. Analisis Daya Simpan Produk Susu
Pasteurisasi Berdasarkan Kualitas Bahan Baku Mutu
Susu. Jurnal Paradigma. Volume 1 No. 2.
Castro, A., Teixeira, J.A., Salengke, S., Sastry, S.K., Vicente,
A.A, 2010. Ohmic Heating of Strawberry Products:
Electrical Conductivity Measurements and Ascorbic Acid
Degradation Kinetics. Innovative Food Science Emerg.
Technol. (5), 27–36.
Cengel YA. 2003. Heat Transfer a Practical Approach. Second
Edition. Mc Graw Hill: Singapore.
FAO. 2013. Milk and Milk Products: Apendix Table 19: Milk and
Milk Products Statistics. USDA: FAO For Indices.
Fellow, P.J. 1992. Food Processing Technology. CRC Press:
New York.
57
Fitriyanto, Y.A., Triana, Sri, U., 2013. Kajian Kualitas Susu pada
Awal, Puncak dan Akhir Laktasi. J. Ilmiah. Peternakan.
1(1):299-306.
Frank Kreith, Arko Prijiono M.Sc. 1997. Prinsip-prinsip
Perpndahan Panas. Erlangga: Jakarta.
Giancoli, D. C. 2011. Fisika Edisi Kelima. Erlangga: Jakarta.
Gunterus F., 1994. Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses.
PT Elex Media Komputindo : Jakarta.
Hadiwiyoto, S., 2004. Pengujian Mutu Susu dan Hasil
Olahannya. Penerbit Liberty. Yogyakarta.
Hantoro, I. dan Dwianana K.P. 2010. Penerapan Praktek
Produksi dan Penangann yang Baik Sebagai Upaya
Menjamin Mutu dan Keamanan Utnuk Meningkatkan
Daya Saing Susu Segar Produksi Lokal. JURNAL RENAI.
James G. Lying and Brian M. Mckenna. 2010. Ohmic Heating
of Foods Chapter 7- Alternatives to Food Conventional
Processing. Ireland: UCD College of Life Science
Jha, S. N. Narsaiah, K. Basediya, A.L., Sibarma, R., Jaiswal, P.,
Kumar F., Bhardavaj R. 2011. Measurement techiques
and application of electrical properties for nondestructive
wuality evaluation food. A Review-Journal Food
Sci.Technol. 48 (4), 387-411.
58
Kerton, F.A. 2009. Alternative Solvent for Green Chemistry.
Cambridge: Royal Society of Chemistry
Kisko G, Roller S. 2010. Carvacrol and p-cymene inactivate
Escherichia coli O157: H7 in apple juice. J. Bmc
Microbiol (5) (Liu, 2014).
Muchtadi, R. T dan Ayutaninwarno, F. 2010. Teknologi Proses
Pengolahan Pangan. Penerbit Alfabeta. Bandung.
Nguyen Loc T, Won Choi, Seung Hyun Lee, Soojin Jun. 2013.
Exploring The Heating Patterns of Multiphase Foods in A
Continuous Flow, Simultaneous Microwave and Ohmic
Combination Heater. Journal Of Food Engineering 116
Pages 65-71.
Ogata Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik. Erlangga.
Jakarta.
Pereira, R., Pereira, M., Teixeira, J. A., Vicente, A.A. 2006.
Effects of Ohmic Heating Technology in Chemical
Properties of Foods. Proceedings 33rd International
Conference of Slovak of Chemical Engineering: Slovakia
Proctor, Andrew. 2010. Alternatives to Conventional Food
Processing. RSC Publishing: USA.
Sagar, V.R., Kumar, P.S. 2010. Recent advances in drying
and dehydration of fruit and vegetables: a review.
Journal Food Sci. Technol. 47 (1), 15-26.
59
Sandeep, K.P., Puri, V.M., 2009. Aseptic Processing of Liquid
and Particulate Foods. In:Jun, S., Irudayaraj, J.M. (Eds.),
Food Processing Operations Modeling Design And
Analysis. CRC Press, Florida, Pp. 13-52.
Sastry, S.K. and Salengke, S. 2002. Ohmic Heating of Solid-
Liquid Mixtures: A Comparison of Mathematical Models
Under Worst-Case Heating Conditions. Journal of Food
Process Engineering, 21(6):441-458.
Sakr M and Liu S. 2014. A comprehensive review on application
of ohmic heating (OH). A review- Journal Food Sci.
Technology
SNI Standar Nasional Indonesia. 1995. No.01-3951-1995
Standar Mutu Produk Susu dan olahannya Berdasarkan
Standar Nasional Indonesia (SNI) Buku I. Direktorat
Pengolahan dan Pemasaran Hasil Peternakan. Dirjen
Bina Pengolahan dan Pemasaran Hasil Pertanian.
Departemen Pertanian.
Stancl J. and Zitny R, 2010. Milk Fouling at direct Ohmic
Heating. Journal of Food Engineering, 437-444.
Sun, HX, S. Kawamura., J. Himoto., K., Itoh., T. Wada and
Kimura. 2008. Food Science Technology Resume 14 (2),
117-12.
60
Suryanarayana NV, Arici Oner. 2003. Design and Simulation of
Thermal System. Mc Graw-Hill Higher Education. New
York
Thahir, R., S.J. Munarso dan S. Usmiati. 2009. Review Hasil-
hasil Penelitian Keamanan Pangan Produk Peternakan.
Bogor: Prosiding Lokakarya Nasional Keamanan Pangan
Produk Peternakan. Pusat Penelitian dan Pengembangan
Peternakan, Hlm. 18-26
Wastra, P., J.T.M. Wouters & T. J. Geurts. 2010. Dairy
Science and Technology Second Edition. Boca Raton:
Taylor and Francis Group
Wiking, L., Bertram, H., Bjorck, L., and Nielsen, J. 2009.
Evaluation of cooling strategies for pumping of milk—
Impact of fatty acid composition on free fatty acid
levels. Journal Dairy Res (72), 476–481
Winata, Ristanti. 2012. Perancangan Optimasi Kompor Gas
Bimassa yang Beremisi Gas CO Rendah Menggunakan
Bahan Bakar Pelet Biomassa dari Limbah Bagas. Skripsi.
Universitas Indonesia: Depok
Zulueta, A., Esteve, M., Frasquet, I., and Frgola, A. 2010. Fatty
acid profile changes during orange juice-milk beverage
processing by high-pulsed electric field. Eur. Journal Lipid
Sci. Technol. (109), 25–31.