Makalah Hasil Diskusi
PROSES PEMBUATAN GULA TEBU
Disusun Oleh: 1. 2. 3. 4.
Laili Sulistyarini (37754) Antonius William H (38771) Aditya Dharma Putra (37634) Aditya Risqi P (
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA
2011
PROSES PEMBUATAN GULA TEBU
A. PENDAHULUAN Tebu merupakan tanaman perdagangan yang menghasilkan produk gula. Mekanisme pengolahan tebu yang baik akan menghasilkan gula yang berkualitas. Gula tebu memegang peranan penting dalam sistem ekonomi pangan di Indonesia, karena gula termasuk sembilan bahan pokok yang dibutuhkan oleh masyarakat dan industri.Pada tahun 1928, Jawa merupakan pengekspor gula terbesar kedua di dunia setelah Kuba.
TINJAUAN PUSTAKA Tebu (Sacharum offinarium) merupakan tanaman perkebunan yang memiliki umur tanam kurang lebih 12 bulan. Kandungan nira dalam tebu dipengaruhi oleh jenis tanah. Tanaman tebu dapat diusahakan pada berbagai jenis tanah dengan tekstur ringan sampai berat seperti regosol, podsolik, latosol, mediteran, hidromorp, gtei humus, grumosol, dan alluvial. Teknik budidaya tanaman tebu dipengaruhi pula oleh keadaan aerasi, drainase, pH, kesuburan kimiawi, jenis tebu, waktu tanam, penyebaran, dan jumlah curah hujan. Komposisi bahan yang terkandung dalam tebu dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1 Komposisi bahan yang terkandung dalam tebu Bahan
Komposisi (%)
Sukrosa
8-16
Gula Reduksi
0.5-2
Serabut (Serat)
8-16
Abu
0.3-0.8
Bahan Organik Lain
0.5-1
Gula
0.2-0.5
Air
69-75
Komposisi nira mentah yang diperoleh dari tebu sangat bergantung pada perlakuan mekanis, yaitu cara panen (penebangan), pengangkutan dan penggilingan (Neulicht R & Shular J 1997).
Gula Tebu Gula adalah suatu karbohidrat sederhana yang menjadi sumber energi dan komoditi perdagangan utama. Sebagai sumber utama dari gula adalah dari berbagai macam tanaman, yang dapat digolongkan sebagai penghasil gula antara lain : tebu, beet, kelapa aren (enau). Untuk daerah tropis tebu merupakan tanaman utama sebagai penghasil gula, disamping kelapa dan enau. Tebu mengandung hidrokarbon yang terjadi dalam tanaman kare na proses fotosintesa. 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Karbohidrat- Karbohidrat ini terdiri dari monosakarida ( glukosa, fruktosa), disakarida (sakharosa), dan polisakharida (selulosa). . Sakharosa adalah karbohidrat yang mempunyai rumus molekul C12H22O11, disakharida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Sakharosa dalam tebu sebanyak 1,0-19,00%, sakharosa inilah yang nantinya akan dibuat menjadi gula. Sifat-sifat fisik dan kimia sakharosa : -
Rumus molekul C12H22O11, , struktur kimianya dapat dilihat pada Gambar 1. Kata sugar dan Sukrosa berasal dari kata Sansekerta sarkara.
CH2 OH H C
CH2 OH
O
OH C
C C
C
O
O OH C
C C
OH OH
C
OH
OH
Gambar 1 Struktur kimia sukrosa.
-
Bentuk Kristal dan tak berwarna
-
Mudah larut dalam air dan tidak larut dalam eter.
-
Berat jenis 1,6
-
Titik lebur 185°C
-
Bentuk Kristal monoklin
-
Berat molekul 342,30
-
Spesifik gravity 1,588 (15ºC)
-
Entalpi pembentukan 228,3 Kj/mol
-
Dalam suasana asam mudah terhidrolisa menjadi gula reduksi, peristiwa ini disebut inverse. Reaksi : C12H22O11+ H2O —- C6H12O6 + C6H12O
Baggase dan Molasse Baggase dan molasse dihasilkan sebagai produk samping dari proses pembuatan gula. Baggase merupakan ampas yang dihasilkan dari bagian dalam tebu setelah diekstrak. Biasanya
baggase dapat digunakan sebagai bahan bakar, bahan baku kertas, dan makanan ternak. Molasse atau sirup hitam digunakan sebagai makanan sapi, pembutan rum, dan sumber karbon bagi industri fermentasi (Austin G T 1984).
Blotong/MUD Blotong/MUD adalah limbah padat yang dihasilkan dari proses klarifikasi. Limbah ini termasuk partikel yang tidak larut dan dari komposisinya baik untuk dijadikan bahan pupuk organik dan sebagai bahan untuk memperbaiki komposisi tanah. Komposisi Bloong/MUD (%) dapat dilihat pada tabel . Tabel 3 Komposisi Blotong Komposisi
Junlah (%)
CaO
1-4
MgO
0,5-1,5
Total Abu
0-20
Gula
5-15
(Sumber: Paturau 1982)
PEMBAHASAN A. Proses Panen Untuk memperoleh gula tebu dengan kualitas yang baik, proses panen tebu perlu diperhatikan. Penebangan secara manual (dengan tangan) hasilnya lebih baik dibandingkan dengan menggunakan mesin tebu. Penebangan meliputi seluruh bagian tebu, termasuk bagian pucuk dan daun (Notojoewono 1964). Bagian pucuk dan daun tebu dibuang karena hanya mengandung sedikit sukrosa tetapi banyak mengandung pati dan gula reduksi. Tebu yang telah dipanen harus segera diproses karena dapat rusak akibat pengaruh proses enzimatis, reaksi kimia, maupun mikroba.
B. Pembuatan Gula Tebu Proses pembuatan gula dari tebu terdiri dari beberapa tahap, yaitu tahap penggilingan tebu (pemerahan nira), pemurnian, penguapan, kristalisaasi, pemutaran, dan penyelesaian.
Penggilingan Tebu Tebu hasil panen, sebelum masuk ke penggilingan dibersihkan dengan air yang bertekanan tinggi.
Proses penggilingan tebu melibatkan 2 tahap, yaitu pemotongan (breaking) dan
pencacahan/penggilingan (grinding) tebu. Pemotongan (breaking)
Proses ini bertujuan untuk membuka sel-sel tebu, sehingga tahap penggilingan selanjutnya akan lebih mudah. Pada proses ini biasanya digunakan knives, shredders, crusher atau kombinasi ketiga alat tersebut.
Penggilingan (Grinding) Proses ini bertujuan untuk menghancurkan bagian dalam tebu dan mengekstraknya dengan
penambahan air imbibisi. Proses ini secra umum menggunakan 5-6 rol gilingan dalam 1 unit gilingan. Ekstraksi tebu dilakukan dengan memerah cacahan tebu menggunakan tekanan akan menghasilkan ampas tebu yang masih banyak mengandung gula, sehingga untuk menekan kadar gula dalam ampas tebu seminimal mungkin perlu ditambahkan air imbibisi yang berguna untuk mengekstrak gula yang masih tertinggal dalam ampas. Ekstrak tebu (nira) dan bagasse akan dihasilkan dari proses ini (Neulicht R & Shular J 1997).
Klarifikasi
Nira yang diperoleh masuk ke clarifier . Pada proses klarifikasi biasanya ada penambahan lime dan sejumlah fosfat yang dapat larut. Penambahan lime untuk netralisasi asam-asam organik o
o
pada saat temperatur nira mencapai 95 C (200 F), sedangkan fosfat berfungsi sebagai floculating agent .
Pada proses ini akan diperoleh partikel-partikel yang tidak larut yang disebut mud atau blotong. Mud ini kemudian ditambah air dan dilanjutkan dengan proses filtrasi sehingga akan diperoleh air pencucian mud dan ampas. Nira dari clarifier bergabung menuju evaporator (Neulicht R & Shular J 1997).
Penguapan Proses penguapan bertujuan untuk memekatkan nira dengan cara menguapkan kandungan airnya sebanyak mungkin. Penguapan air diusahakan mendekati keadaan jenuh sehingga mengurangi beban penguapan pada tahap kristalisasi. Proses penguapan ini terdiri dari 2 tahap (Neulicht R & Shular J 1997), yaitu: 1. Pemekatan nira dalam evaporator. 2. Pengupan dalam vacuum pans untuk kristalisasi. Proses penguapan nira tidak dilakukan pada suhu tinggi untuk mencegah kerusakan gula.Gula yang dipanaskan pada suhu tinggi akan membentuk karamel yang berwarna cokelat tua, sehingga mempengaruhi warna kristal gula yang dihasilkan.Upaya yang dilakukan dalam mengurangi terjadinya karamel selama proses penguapan adalah dengan menjalankan proses penguapan pada tekanan yang rendah ( vacuum). Nira kental yang dihasilkan dari proses penguapan kemudian diberi gas SO2 untuk memucatkan warna, sehingga diharapkan dapat menghasilkan kristal gula yang lebih putih.Nira kental dengan kandungan berupa 65% padatan dan 35% air dihasilkan dari proses penguapan tahap pertama.
Kristalisasi Kristalisasi bertujuan untuk mengubah semua gula yang terdapat dalam nira kental menjadi bentuk kristal yang mempunyai ukuran dan kemurnian yang diinginkan. Kristalisasi dilakukan dengan menguapkan nira dalam sebuah pan masak yang memiliki tekanan vakum untuk mencegah kerusakan gula. Jarak antara molekul-molekul sukrosa akan semakin dekat dengan menguapkan air pelarutnya.
Apabila jarak molekul-molekul sukrosa cukup dekat, maka akan saling mempengaruhi dan saling tarik-menarik. Bila di sekitarnya terdapat kristal sukrosa, maka akan ada keseimbangan antara molekul sukrosa yang melarut dan molekul sukrosa yang menempel/mengkristal. Keadaan ini dapat disebut sebagai larutan jenuh. Derajat kejenuhan dapat dinyatakan dengan perbandingan antara kandungan sukrosa di dalam larutan jenuh pada suhu yang sama. Harga perbandingan ini dikenal sebagai koefisien kejenuhan (KK) atau OVC ( Over Verzading Coefficient)
KK
% Sukrosa dalam larutan yang diukur
% Sukrosa dalam larutan jenuh
Berdasarkan koefisien kejenuhan, daerah kejenuhan dapat dibagi menjadi lima, yaitu: a.
Larutan Encer Larutan yang mempunyai kejenuhan di bawah satu. Pada daerah ini larutan masih dapat
melarutkan kristal. b.
Larutan Jenuh Larutan yang mempunyai koefisien kejenuhan sama dengan satu. Larutan ini sudah tidak
dapat melarutkan kristal sukrosa lagi, tetapi terjadi kesetimbangan antara jumlah sukrosa yang melarut dan yang mengkristal. c.
Daerah Menstabil Larutan yang mempunyai koefisien kejenuhan lebih besar dari satu. Molekul sukrosa yang
terdapat di daerah ini hanya dapat menempelkan diri pada kristal yang telah ada. Daerah ini disebut juga dengan daerah pembesaran kristal. d.
Daerah Intermediet Larutan yang mempunyai koefisien kejenuhan lebih besar dari satu. Molekul sukrosa pada
daerah ini telah mampu membentuk inti kristal. Apabila terdapat kristal sukrosa dalam larutan, timbul kristal palsu. e.
Daerah Labil Larutan yang mempunyai koefisien kejenuhan lebih besar dari satu. Molekul pada daerah ini
telah mampu membentuk inti kristal dengan serentak tanpa hadirnya kristal yang lain (Ginting B F 2002).
Pemurnian Raw Sugar Tahap pemurnian merupakan tahap yang menentukan kualitas gula yang akan dihasilkan dalam suatu proses pembuatan gula. Pemurnian bertujuan untuk menghilangkan kotoran-kotoran (bukan gula) yang terbawa dalam nira. Hal yang perlu diperhatikan dalam tahap pemurnian adalah menjaga agar gula tidak rusak yang dapat diakibatkan oleh suasana asam dan temperatur yang tinggi, semakin banyak gula yang dihilangkan akan semakin tinggi kemurnian, dan semakin putih kristal gula yang didapatkan. Tahap pertama dari proses pemurnian yaitu penggilingan Raw Sugar dan penambahan sirup, kemudian sirup dan kristal gula yang telah halus dicampur. Campuran tersebut kemudian disentrifugasi dengan adanya penambahan air. Proses tersebut disebut afinasi dan akan dihasilkan kristal gula dan sirup afinasi. Kristal gula hasil sentrifugasi kemudian masuk ke premelter sebagai awal dari proses pelelehan sebelum masuk ke melter . Sirup afinasi hasil sentrifugasi dipanaskan dan akan dihasilkan kristal gula dan sirup hitam (molase). Kristal gula masuk ke melter mengalami pelelehan dan bergabung dengan kristal gula hasil afinasi, kemudian mengalami tahap pemurnian (refined ) Sukrosa tahan terhadap suasana basa, tetapi tidak terhadap asam. Sebaliknya, gula reduksi dalam suasana basa akan terurai menjadi asam organik dan senyawa yang berwarna gelap sehingga kualitas dan kuantitas gula akan menurun. Ada tiga cara pemurnian, yaitu defekasi, sulfitasi, dan karbonatasi. a. Pemurnian Cara Defekasi
Pemurnian dengan cara defekasi merupakan cara yang paling sederhana, karena hanya menggunakan kapur sebagai bahan pembantu. Gula yang dihasilkan dengan cara ini adalah gula kristal yang masih berwarna merah. Ada tiga cara pemurian secara defekasi: i. Defekasi Dingin Proses dengan cara ini dilakukan dengan menggunakan susu kapur pada nira mentah, pada temperatur rendah atau suhu kamar. Penambahan kapur tersebut bertujuan untuk menetralkan asam-asam yang terdapat di dalam nira, dan membentuk garam-garam (gumpalan) yang mengendap. Penambahan kapur dilakukan hingga pH larutan menjadi 7.28.3, nira dipanaskan sampai pada titik didihnya (+105 °C), dengan tujuan:
Garam-garam kapur dalam nira dapat terbentuk dengan cepat dan menghasilkan gumpalan yang besar sehingga mudah diendapkan.
Mengendapkan kotoran yang hanya mengendap pada temperatur yang tinggi, seperti protein.
Mematikan mikroorganisme. Nira yang telah mengalami pemanasan sampai pada titik didihnya, lalu dimasukkan
ke dalam bejana pengambangan ( expander ) untuk mengeluarkan udara-udara yang terdapat dalam nira. Gas-gas dan udara yang terdapat dalam nira harus dikeluarkan karena dapat mengganggu dalam proses pengendapan. Selanjutnya nira dimasukkan ke dalam alat pengendap untuk memisahkan endapan yang terjadi dengan nira yang jernih. ii. Defekasi Panas Proses pemurnian dengan cara ini dilakukan dengan menambahkan air kapur pada nira yang telah dipanaskan terlebih dahulu pada suhu 70-90 °C. Pemanasan ini bertujuan untuk mendapatkan proses pemurnian yang berlangsung dengan baik dan cepat. Setelah penambahan air kapur, nira dimasukkan ke dalam alat pengendap. iii. Defekasi Sacharat Proses pemurnian dengan cara ini dilakukan dengan membagi nira mentah menjadi dua bagian. Bagian pertama ditambah air kapur hingga pH nya menjadi 10-11, dalam kondisi ini kapur bereaksi dengan sukrosa membentuk kalsium sakharat. Nira kedua dipanaskan sampai suhu 70 °C. Kedua nira tersebut dicampurkan hingga menghasilkan endapan yang lebih besar, sehingga mudah untuk diendapkan dan dihasilkan larutan nira yang lebih jernih. b. Pemurnian Cara Sulfitasi
Pemurnian cara sulfitasi hasilnya lebih baik dibandingkan dengan cara defekasi, karena telah dapat dihasilkan gula yang berwarna putih. Cara pemurnian ini menggunakan kapur dan SO 2 sebagai bahan pembantu pemurnian. Pemberian kapur pada cara ini dilakukan secara berlebih, kemudian kelebihan kapur ini akan dinetralkan oleh gas SO 2, sehingga terbentuk ikatan garam kapur yang dapat mengendap. Reaksi yang terjadi dalam proses ini adalah: SO2 + H2O Ca(OH)2 + H2SO4 Ca(OH)2 + SO2
H2SO3 CaSO3 + 2H2O CaSO3 + H2O
Endapan CaSO3 yang terbentuk dapat mengabsorbsi partikel-partikel koloid yang berada di sekitarnya, sehingga kotoran yang terbawa oleh endapan semakin banyak. Gas SO 2 juga mempunyai sifat dapat memucatkan warna, sehingga diharapkan dapat dihasilkan kristal dengan warna yang lebih terang, khususnya pada nira kental penguapan. Ada tiga cara sulfitasi, yaitu: Sulfitasi dingin Proses pemurnian dengan cara ini dilakukan dengan menambahkan kapur dan gas SO2 ke dalam nira mentah pada temperatur ruangan sampai titik didihnya (+105 °C). Selanjutnya nira dimasukkan ke dalam alat pengendap untuk memisahkan endapan yang terbentuk. Sulfitasi Panas Proses dengan cara ini dilakukan dengan memanaskan nira hingga temperatur 70 °C. kemudian nira diberi susu kapur dan gas SO 2 hingga pH-nya menjadi 7-7.4 dan terbentuk endapan. Proses ini dilanjutkan dengan pemanasan sampai titik didihnya 100 °C dan dilakukan pengendapan untuk memisahkan endapan dengan nira yang jernih. Sulfitasi Sacharat Proses ini dilakukan dengan membagi nira mentah menjadi dua bagian. Bagian pertama dipanaskan sampai suhu + 80 °C. Bagian kedua ditambahkan susu kapur hingga pH 10.5. Kedua bagian nira tersebut kemudian dicampur sambil dialirkan gas SO 2 sampai pH + 7. Proses ini dilanjutkan dengan pemanasan hingga titik didihnya dan dilakukan pengendapan. Pemurnian dengan cara ini mempunyai keuntungan dibandingkan dengan cara defekasi, yaitu kotoran mengendap lebih mudah dan lebih cepat serta lebih banyak. Proses kristalisasi lebih baik dan warna gula yang dihasilkan lebih putih. Sedangkan kekurangannya adalah defisit nira dalam pemanas lebih banyak, serta biaya investasi dan perawatan lebih besar. c.
Pemurnian Cara Karbonatasi
Proses ini dilakukan dengan menggunakan susu kapur dan gas CO 2 sebagai bahan pembantu. Susu kapur yang ditambahkan pada cara ini lebih banyak dibandingkan cara sulfitasi, sehingga menghasilkan endapan yang lebih banyak. Kelebihan susu kapur yang terdapat pada nira dinetralkan dengan menggunakan gas CO2. Reaksi yang terjadi adalah: Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
Kotoran dalam nira akan terabsorbsi dalam endapan CaCO 3 dan kemudian akan diendapkan. Pemurnian cara karbonatasi akan menghasilkan gula relatif lebih putih dibandingkan dengan cara sulfitasi. Cara karbonatasi yang dilakukan di Indonesia adalah karbonatasi rangkap, yaitu pemberian gas CO2 dilanjutkan dalam dua tingkat. Nira yang telah ditimbang dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 55 °C. Pemanasan tidak boleh melebihi dari suhu tersebut, karena akan menguraikan gula reduksi menjadi bahan yang berwarna gelap (terbentuk karamel) sehingga kualitas gula menjadi turun. Kemudian nira dimasukkan ke dalam peti karbonatasi I, ditambahkan susu kapur dan gas CO 2 sampai pH + 10.5, kemudian nira ditapis di pressan I untuk memisahkan kotoran dengan filtratnya atau nira tapis I. Selanjutnya nira tapis I dimasukkan ke dalam peti karbonatasi kedua untuk diberi gas CO 2 dan dipanaskan sampai suhu 70 °C, kemudian ditapis di pressan II untuk memisahkan blotong, dan nira jernih dikeluarkan dari alat penapis. Selanjutnya diberi gas SO2 di peti sulfitasi sampai pH 7.0-7.2. Blotong di pressan I dibuang, blotong dalam pressan II dicampurkan dengan nira karbonatasi I.
Dekolorisasi Setelah melewati clarifier , kemudian difiltrasi untuk menghilangkan padatan tersuspensi. Dekolorisasi bertujuan untuk menghilangkan pengotor dengan cara adsorpsi. Jenis adsorben yang digunakan yaitu karbon aktif, resin dan tepung tulang, namun resin jarang sekali digunakan. Karbon aktif dan tepung tulang digunakan dalam sistem fixed bed atau moving bed . Dengan fixed bed cairan gula mengalami beberapa sirkulasi sampai diperoleh warna cairan yang mendekati warna yang akan ditentukan. Moving bed sistem beroperasi secara kontinyu, jadi cairan gula akan melewati adsorben. Adsorben yang digunakan pada proses dekolorisasi akan mengalami regenerasi. Cairan gula yang telah didekolorisasi akan masuk ke heaters sebelum masuk ke evaporator. Proses penguapan yang terjadi sama dengan pembuatan gula sebelumnya. Cairan yang telah dipekatkan akan masuk ke vacuum pans dengan adanya penambahan seed solution kemudian dicampur dan dipisahkan dengan
sentrifugasi. Dari proses tersebut akan dihasilkan sirup yang akan masuk ke vacuum pans. Gula putih dicuci dengan air sekali menggunakan sentrifugasi dan cairan pencuci kembali lagi ke vacuum pans. Gula putih yang terbentuk masuk ke granulator yang terdiri dari drum pengering dan drum pendingin. Dalam drum pengering digunakan temperatur 11
o
o
C (230 F), setelah dari granulator
masuk ke drum pendingin. Setelah semua proses selesai akan diperoleh raw sugar yang telah dimurnikan biasanya dikemas dan disimpan dlam gudang penyimpanan. Gula yang berwarna coklat
diperoleh dari sirup dengan kemurnian yang rendah, proses pembuatannya sama dengan pembuatan gula putih.
Tebu
Air imbibisi
Penggilingan Bagasse Air
Asam fosfat
Klarifikasi
Filtrasi MUD/Blotong
Filtercake
Penguapan
Bibit kristal gula
Kristalisasi
Raw Sugar
Gudang en im anan
Gambar 2 Diagram Proses Pembuatan Gula
Gudang
Kristal gula
kristal gula
Sirup Mixin
Sentrifu asi
Meltin
Gas CO2
Klarifikasi
Filtrasi
Adsorben
Dekolorisasi
Pen ua an
Kristalisasi
Air
Sentrifu asi
Granulator
Refine Sugar
Sirup
Meltin
Kristal
Filtercake
Molasse
Kemasan
Fillin
Labelin
Gudang Gula siap jual
Gambar 3 Diagram Proses Pemurnian Gula Kasar ( Raw Sugar Refined )
barang jadi
