Pengendalian Warna Gula : Kontrol Kondisi Proses

Zat warna tidak hanya secara natural dibawa oleh tebu, namun dapat timbul selama proses mulai ekstraksi di gilingan hingga kristalisasi. Untuk itu diperlukan pengendalian proses untuk mengontrol warna dan meminimalisir hal-hal yang dapat memicu terbentuknya warna selama proses pengolahan gula. Pada tahap pertama kontrol proses dilakukan di proses ekstraksi dalam tandem gilingan. Meminimalkan pembentukan warna dapat dilakukan dengan pengelolaan sanitasi gilingan yang optimal. Sanitasi dapat dilakukan secara mekanis menggunakan steam secara teratur dan secara kimiawi menggunakan biosida.

Langkah selanjutnya dalam pengendalian proses adalah dalam tahap pemurnian nira. Hampir sebagian besar PG menggunakan proses sulfitasi dengan tahapan pemurnian dilakukan proses pemanasan nira, reaksi dengan susu kapur, gas SO2 dan pengendapan di clarifier. Parameter utama dalam proses pemurnian adalah pH, suhu dan waktu reaksi. pH berperan dalam pembentukan warna, khususnya dengan kadar gula reduksi nira. Dengan semakin tinggi nya kadar gula reduksi maka pH yang terlalu tinggi dapat memicu pembentukan warna gelap akibat reaksi dari gula reduksi. Waktu tinggal yang lama dengan suhu tinggi juga berpotensi untuk terjadinya degradasi warna.

Hal lain yang dapat memicu kenaikan warna nira adalah adanya bagasilo yang terikut dalam nira. Bagasilo dapat menyebabkan kontaminasi biologis dan meningkatkan warna nira jernih. Peningkatan terjadi dengan penambahan kapur dan suhu (Mathur, 1984). Tabel 1 menunjukkan terjadinya penurunan warna di nira jernih di PG MSM Pakistan dengan upaya optimalisasi yang dilakukan di proses pemurnian. Optimasi yang dilakukan antara lain :

  • Melakukan kontrol pH dan suhu nira
  • Menambahkan rotary screen dengan ukuran 0,35 mm di gilingan dan 0,25 mm di pemurnian untuk mengurangi kontaminasi bagasilo
  • Optimalisasi di clarifier untuk mengurangi waktu tinggal nira.

Tabel 1. Hasil Analisa Nira Jernih di Mirpurkhas Sugar Mill Pakistan Setelah Optimasi di Stasiun Permurnian

Komponen Unit 2006 – 2008 2012 – 2014
Warna IU 17.846 14.209
pH 7,0 7,1
Gula Reduksi % 4,3 4,0
Phospat ppm 55 57
TSS g/l 6,5 2,4
CaO ppm 932 826
Efek Pemurnian % 8,6 9,2

Pada proses penguapan secara umum akan terjadi peningkatan warna dari nira jernih ke nira kental. Upaya yang dilakukan adalah mengontrol supaya peningkatan warna seminimal mungkin. Sesuai dengan data pada Tabel 1, peningkatan warna dari nira jernih ke nira kental antara 1,7 hingga 23 %. Upaya yang dapat dilakukan untuk menekan peningkatan warna di proses penguapan antara lain :

  • Menekan waktu tinggal nira di evaporator, terutama pada badan 1 dan 2.
  • pH nira jernih yang masuk ke badan penguapan dijaga pada kondisi mendekati netral (7,0 – 7,2).
  • Meminimalkan pembentukan kerak pada badan evaporator. Pengerakan yang semakin tebal dapat menurunkan koefisien perpindah panas, sehingga waktu tinggal lebih lama. Peningkatan waktu tinggal menimbulkan degradasi sukrosa dan meningkatkan warana nira (Eggleston et al, 20014).
  • Pengendalian suhu di evaporator dengan menjaga kondisi tekanan vakum pada kisaran 60 – 62 cmHg.

Contoh dari kontrol di proses penguapan dilakukan oleh PG MSM di Pakistan, Tabel 2. Upaya yang dilakukan untuk penurunan warna di evaporator sebagai berikut :

  • Mengganti Evaporator Robert Evaporator di badan I dengan Falling Film Evaporator (FFE) yang memiliki waktu tinggal lebih singkat.
  • Penggantian tersebut menurunkan kehilangna sukrosa 4,27 % dan pengurangan warna nira kental 30,52 % dibanding sebelumnya

Tabel 2. Peningkatan Warna Selama Proses Penguapan di Mirpurkhas Sugar Mill Pakistan

Komponen 2006 – 2008 2012 – 2014
Brix

%

pH GuRed

%

Warna

IU

Brix

%

pH GuRed

%

Warna

IU

Nira Jernih 13.4 7.0 4.19 17.750 13.8 7,1 4,03 14.320
Evap 1 27.1 6.8 4.33 18.103 29.7 6,9 4,15 14.453
Evap 2 39.8 6.7 4.38 18.253 41.3 6,9 4,19 14.563
Evap 3 50.1 6.6 4.41 18.374 51.2 6,8 4,22 14.650
Evap 4 58.3 6.5 4.43 18.468 60.8 6,7 4,24 14.716
Evap 5 65.2 6.5 4.44 18.530 69.3 6,7 4,25 14.756

 

Pembentukan warna pada proses kristalisasi terutama oleh melanoidins dan caramel. Melanoidins meningkatkan viskositas bahan, sehingga mengganggu proses kristalisasi. Faktor yang dapat meningkatkan warna pada proses kristalisasi adalah sirkulasi masakan yang kurng bagus, desain pan (head, pengaduk, ukuran pipa dll), suhu operasional, kadar kotoran yang ada dalam bahan, ukuran kristal dan operasional proses masak (Rein, 2007).

Untuk evaluasi warna di kristalisasi terdapat dua parameter yang dapat digunakan sebagai ukuran. Parameter tersebut adalah Koefisien Partisi (Partition Coefficient) menggambarkan rasio antara warna masakan dengan kristal gula. Koefisien partisi yang tinggi mengindikasikan transfer warna yang rendah. Parameter kedua adalah purging efficiency (Efisiensi Pencucian) menggambarkan rasio banyaknya pengotor yang dipisahkan dari masakan.

Tabel 3 menunjukan evaluasi parameter kristalisasi di PG MSM Pakistan.

Tabel 3. Koefisien Partisi Proses Kristalisasi di Mirpurkhas Sugar Mill Pakistan

Komponen 2006 – 2008 2012 – 2014
A B C A B C
Warna masakan, IU 17.385 38.926 73.246 13.109 29.759 61.470
Warna Stroop, IU 33.797 67.100 111.680 25.552 52.394 95.223
Warna Gula, IU 974 10.751 26.271 666 7.124 20.217
Efisiensi Pencucian, % 97,2 94,8 91,48 97,46 96,83 92,95
Koefisien partisi, % 17,86 3,62 2,79 19,69 4,18 3,04

 

Penggunaan Bahan Pembantu Proses

Penggunaan bahan pembantu seperti decolorant telah banyak diteliti untuk menurunkan warna bahan olahan. Beberapa bahan yang digunakan termasuk dalam golongan decolorant oksidatif. Decolorant ini bekerja dengan memprodukasi radikal bebas aktif dalam larutan. Jadhav et al 1988 menyatakan empat mekanisme reaksi : reaksi ion, transfer oksigen, transfer electron dan reaksi radikal bebas.

Hidrogen Peroksida

Hidrogen perokside digunakan untuk mereduksi warna dengan cara mengoksidasi produk intermediate dari reaksi enzyme. Hidrogen peroksida dapat mereduksi polyphenol hingga 10% (Shore et al, 1984). Sementara itu Mane et al (1992) daam penelitiannya mengenai pemanfaatan peroksida untuk pengolahan nira menyebutkan bahwa dengan penambahan peroksida kadar polyphenol dan gula reduksi akan berkurang. Barker and Mahdo (2013) melakukan pengujian hydrogen peroksida untuk menurunkan warna masakan A. Hidrogen Peroksida ditambahkan pada saat proses sentrifugasi.

Ozone

Ozone mempunyai fungsi yang hampir sama dengan peroksida namun memiliki potensial oksidasi lebih tinggi. Mekanisme ozone dalam mereduksi warna bervariasi. Gugus yang bertanggun jawab terhadap pembentukan warna dalam ikatan akan diserang oleh ozone. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Davis et al (1988) berdasar penelitian awal dari Razumovskii and Zaikov (1974), reaksinya sebagai berikut :

  • Pembukaan cincin aromatis phenol, yang selanjutnya teroksidasi.
  • Oksidasi grup aromatis membentuk quinone dan polimer ozon
  • Oksidasi amina primer menjadi komponen nitro
  • Oksidasi amina sekunder
  • Oksidasi amina tersier menjadi amina oksida.

Penelitian mengenai pemanfaatan ozon untuk dekolorisasi telah dilakukan di berbagai negara. Davis et al (1998) melakukan penelitian aplikasi ozone di Malelane Refinery Afrika Selatan. Ozone ditambahkan ke dalam raw melt, fine liquor dan sulphited liquor.

Hasil analisa kualitas bahan di refined house disampaikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Hasil dari Uji Skala Pilot Ozone di Malelane Refinery (Davis, 1998)

Bahan Dosis Ozone

ppm

Warna Input

IU

Warna Masakan

IU

Warna Run Off

IU

Warna Gula

IU

Fine liquor, ozon 0 480 565 1.250 17
250 320 435 1.005 19
Sulphited Liquor, ozon 0 370 450 910 15
250 240 340 900 15
Raw Melt, ozon and carbonated 0 640 740 1.810 35
250 290 370 870 20

Pemberian ozone dengan dosis 250 ppm dapat menurunkan warna bahan. Penambahan ozone secara mandiri tidak menurunkan warna gula secara signifikan. Namun apabila pemberian ozone yang dikombinasikan dengan karbonatasi dapat menurunkan warna gula dari 35 IU ke 20 IU. Dari pengujian ini dapat diambil kesimpulan bahwa pemberian ozone yang diikuti dengan presipitasi akan memberikan hasil optimal. Ozone tidak hanya memberikan dampak bleaching tapi juga dapat meningkatkan efektivitas proses karbonatasi.

     Penelitian tentang ozone juga dilakukan Wahyuningtyas dan Sunantyo, 2005. Penelitian dilakukan pada skala laboratorium dengan memberikan ozone ke nira jernih, nira kental dan nira kental sulfitasi. Hasil nya disampaikan pada Tabel 5.

Tabel 5. Hasil Analisa Ozonisasi Nira Jernih, Nira Kental dan Nira Kental Sulfitir Skala Laboratorium Dengan Dosis 150 ppm (Wahyuningtyas dan Sunantyo, 2005)

Bahan Perlakuan Analisa
Warna

IU

pH Gured

%brix

Turbidity

ppm

Nira Jernih Blanko 18.501 6,71 10,39 213,1
Ozon 13.690 6,53 11,84 151,9
Selisih, % 36,0 3,12 13,96 28,72
Nira Kental Blanko 19.803 6,11 9,37 329
Ozon 15.288 6,01 10,06 264,6
Selisih, % 22,8 1,64 7,36 19,57
Nira Kental Sulfitir Blanko 18.348 5,51 9,08 293,3
Ozon 15.155 5,32 12,19 271,9
Selisih, % 17,4 3,45 34,24 7,30

Dari Tabel 5 menunjukkan bahwa penambahan ozon 150 ppm terhadap nira tampak gejala penurunan warna dan turbiditas pada semua jenis nira. Warna nira encer turun sebesar 36,0 %, nira kental 22.8 % dan nira kental sulfitasi 17.4 %. Davis (1999) melaporkan penurunan warna dengan ozon untuk “sweet water” dapat mencapai 55 – 72 %. Perlakuan kombinasi ozon dengan sulfitasi menurut laporan Davis (1995) menunjukkan penurunan warna rata rata 66 % dari pH 4, 7, dan 9. Dari tabel 5 tersebut terlihat ada sedikit penurunan pH akibat ozonisasi yang mengakibatkan kenaikan gula reduksi. Hal ini kemungkinan disebabkan terjadi inversi sakarosa oleh penurunan pH tersebut menjadi gula reduksi.

Referensi :

Davis, S.B., M. Moodley., I. Singh and M.W. Adendorf. 1988. The use of ozone for colour removal at Malelane refinery. Proc S Afr Sug Technol Ass 72: 255-260.

Davis, SB. 1995. Decolourisation of sugar liquors with ozone-furthe experimental work. SMRI Technical Report No. 1710, 28 March 1995, 11 pp.

Davis, S.B., M. Moodley., I. Singh and M.W. Adendorff. 1998. The use of ozone for color removal at the Malelane Refinery. Proc South Africa Sug Tech Ass, 72 :255-260.

Donnovan M, J.C. Williams, 1992, The factors influencing the transfer of colour to sugar crystals, Proc. S.P.R.I. Conf.

Eggleston,G., M. Damms., A. Monge and T. Enders. 2004. New Insight on Sucrose Losses Across Factory Evaporators and Juice Syrup Clarifiers., SPRI Conferense,. P: 349-370.

Lionnet G.R.E., 1988, Proc.of South African S.T.A. Conf., 62; 39-41

Lionnet R., 1995, Color transfer in South African sugar industry, Proc. I.S.S.C.T. Conf., 1: 217-225

Mane, J.D., S.P. Phadnis and Jadhav. 1992. Effect of hydrogen peroxide on cane juice constituents. Int Sug J 94: 322-324.

Mathur, R.B.L. 1984. Handbook of Sugarcane Technologist.

Munday B.M., I.R. Bugess, R.V. Ames, C.W. Davis, 1968, Colour in raw sugar manufacture, Proc. I.S.S.C.T. Conf., 395-404

Razumovskii, SD and Zaikov, GE (1974) Ozone and its reactions with organic compounds. Nauka Editorial, Mascow, 321 pp.

Rein, P. 2007. Cane Sugar Engineering. Bartens

Saska, M., S.Zosi and L. Huixia. 2010. Color behavior in cane juice clarification by defecation, sulphitation and carbonatation. Proc. Int. Sugarcane Technol. Vol 27

Shore,M., N.W. Broughton, J.V. Dutton and A. Sissons. 1984. Factors affecting white sugar colour. Sug. Technol. Rev 12 : 1-99

Smejkal, Q., Schick, R., Fleischer, L.-G., 2005, Influence of reduced temperature during evaporation and crystallisation on sugar quality; SIT Dubai, UE, 2005, Ref. 874 ?

Smith, P, N.H. Paton., H.R. Delaney and R. Ames. 1981. Colour Studies in Milling. Proceeding of Australian Society of Sugarcane Technologists. P : 71-80

Steindl, R.J. and W.O.S. Doherty, 2005. Syrup clarification for plantation white sugar to meet new quality standards. Proc. Int. Soc. Of Sugar Cane Tech XXV : 106-116.

Wahyuningtyas, T.H dan Sunantyo. 2005. Upaya peningkatan kualitas gula produk melalui kajian neraca warna dan penekanan warna nira dengan ozon (studi pendahuluan). Prosiding Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia VII. ISSN 1410-9891.

Wittwer, E and Mauch, W (1983). Retention time distribution and sucrose hydrolysis for the optimisation of evaporation process. Proc int Soc Sug Cane Techno!, 453-483

Share

Leave a Reply

*

Saran, Kritik, Ngobrol

Categories
Tweet
Sugar Research Fan Page