PENGERINGAN DENGAN SPRAY DRIER

Pengeringan didefinisikan sebagai unit operasi yang mengubah bahan makanan berbentuk cair , padat atau semi padat menjadi produk yang padat dan mempunyai kadar air yang lebih rendah. Proses pengeringan pada umumnya menggunakan energi panas, yang akan menyebabkan air akan teruapkan menjadi uap air/vapor. Namun untuk freeze drying menjadi pengecualian dari prinsip pengeringan, karena di dalam prosesnya adalah mengeluarkan air dari bahan melalui proses sublimasi pada kondisi dibawah suhu dan tekanan normal bahan (triple point)


Proses pengeringan sangat penting peranannya di dalam industri pangan, hampir 10% energi yang digunakan di dalam industri sebagai proses pengeringan produk. Pemilihan sistem pengeringan/drier biasanya didasarkan atas pertimbangan pada kualitas produk terhadap penghematan energi yang dipakai. Pengaruh dampak lingkungan dan keamanan dalam operasional juga menjadi faktor tambahan yang mendasari pemilihan sistem pengeringan/drier yang akan digunakan. Hampir 200 tipe drier yang telah diketemukan dan dapat digunakan di industri, namun hanya 20 tipe dasar saja dari kesemua jenis/tipe drier tersebut yang biasa dipakai.

Selama proses pengeringan berlangsung, hal-hal yang dapat terjadi pada bahan/produk pangan yang dikeringkan adalah sifat fisiknya, berubahan kimiawi dan biokimia, dimana proses tersebut ada yang dikehendaki dan ada yang tidak dikehendaki.

3.1 Tipe-Tipe Pengering

Dasar dari tipe pengering/drier adalah pada input panas yang digunakan, yaitu konveksi, konduksi dan radiasi atau kombinasi antara ketiganya. Pengeringan dengan sistem konveksi diterapkan pada hampir semua produk-produk makanan.
Pengeringan dapat dikelas-kelaskan dalam beberapa macam, yaitu :

a. Berdasarkan tekanan yang digunakan : vacum drier dan near-atmospheric drier.

b. Berdasarkan temperatur produk selama pengeringan : pengeringan suhu rendah atau tinggi, di bawah atau di atas titik didih cair.

c. Berdasarkan cara/metode dari material handling : pengeringan stasioner, agitasi, dispersi dan fluidized

d. Berdasarkan bentuk oprasionalnya : batch dan kontinyu.

e. Berdasarkan media pemanas : udara panas, uap susperheadted

f. Berdasarkan jumlah tahapan : single dan multiple

Dari masing-masing tipe ini dapat dibagi lagi menjadi dalam beberapa bentuk pengering, misalnya ada 30 macam dari pengering fluidzed bed.
3.2 Spray Drier Dan Macam-Macamnya

Ada tiga macam sistem pengeringan yang berbeda pada spray drier, yaitu single stage, two stage dan three stage spray drier.
3.2.1 Prinsip Umum Fluidized Bed

Udara dihembuskan melalui belt yang terbuat dari plat berlubang-lubang halus/berpori yang membawa produk/bahan. Gerakan yang bergetar dikenakan pada partikel-partikel bahan saat kecepatan udara ditambahkan hingga mencapai titik dimana lebih dari kecepatan jatuh partikel (gravitasi), selama pengeringan berlangsung. Selama penguapan akan terjadi kontak antara partikel dengan udara panas tetapi bahan tetap terjaga bentuknya.

Dengan produk-produk yang sulit untuk mengalir (padat/setengah padat), gerakan bergetar pada belt saat pengeringan ini biasanya akan membantu pengaliran bahan, hal ini dinamakan vibro-fluidizer yang diatur dengan spring/pegas. Kecepatan udara panas berkisar antara 0.3 sampai 0.75 m/dt, udara ini tidak hanya untuk pengeringan saja tetapi ada tahap penghembusan udara untuk pendinginan (menurunkan suhu produk ke suhu normal setelah penguapan). Jika kecepatan udara terlalu tinggi, partikel-partikel akan berterbangan terbawa aliran gas/udara, oleh karena itu gaya grafitasi partikel bahan/tepung yang dikeringkan sangat diperlukan untuk mengimbanginya.
3.2.2 Prinsip Dua Dan Tiga Tahap Proses Pengeringan Di Dalam Spray Drier

Dalam keadaan standar, pengeringan spray dengan satu tahap (single stage spray drying), penguapan dengan cepat diutamakan terjadi pada bagian awal/pertama dalam rangkaian proses pengeringan, dan berangsur-angsur berkurang seiring dengan penurunan kadar air bahan/partikel tepung. Guna menyempurnakan proses pengeringan ini, suhu outlet relatif tinggi selama tahapan proses pengeringan hingga selesai. Tentu suhu outlet ini akan menyebabkan kenaikan suhu pada partikel dan disesuaikan agar supaya suhu ini tidak merusak bahan.

Pada pengeringan spray dengan menggunakan dua tahap (two stage drying) lebih menguntungkan dari cara single stage dan akan menghasilkan produk tepung yang lebih baik kualitasnya. Pengeringan dua tahap ini dengan menggunakan spray drier dan fluidizer eksternal yang ditempatkan dibawah drying chamber. Produk dapat ditransfer dari draying chamber pada spray drier dengan kadar air yang masih tinggi, dan penyelesaian pengeringan terjadi di dalam fluid bed eksternal sehingga akan membuat waktu tinggal produk lebih lama dan temperatur pengeringan lebih rendah dari tahap pengeringan di spray drier.

Prinsip ini mendasari pada pengeringan spray drier dengan tiga tahap (three stage spray drying). Untuk tahapan ke dua pengeringan adalah fluidized bed yang berada di dalam chamber pada spray drier. Dengan demikian, sangat dimungkinkan bahan dari spray drier bahan masih berkadar air tingggi di tahapan pertama pengeringan dan lebih rendah suhu outlet spray drier. Panas yang dikeluarkan dari chamber juga sebagai pra-heating (pemanasan awal) untuk bahan sebelum memasuki fluidized bed. Tahapan ke tiga adalah eksternal fluid bed, dapat berupa statis ataupun getaran/vibrasi, untuk tahapan terakhir pengeringan adalah penurunan suhu/pendinginan tepung. Hasil produk tepung dengan sistem pemanasan ini sebagai berikut :

a. Tepung kualitas tinggi dengan lebih banyak air yang teruapkan secara langsung saat di mesin pengering (kadar air rendah).

b. Konsumsi energi panas yang lebih rendah

c. Lebih kecil ukuran butiran tepung
3.2.3 Aglomerasi Dan Instanisasi

Proses ini telah digunakan dalam pabrik pembuatan susu bubuk dengan sifat produk yang sangat baik untuk direkonstitusikan, seperti susu skim bubuk instan.

Adapun mekanisme aglomerasi dapat diuraikan sebagai berikut : tepung dibasahi dengan air ataupun uap air. Permukaan partikel harus basah merata tetapi tidak terlalu berlebihan. Tepung dibasahi lebih lama pada jangka waktu tertentu untuk memberikan kelembaban pada gabungan-gabungan antar partikel tepung yang telah terbentuk. Gabungan-gabungan partikel tepung tadi dikeringkan hingga kadar air yang diinginkan dan kemudian didinginkan (turunkan suhunya), proses ini dengan menggunakan fluidizer bed. Gabungan-gabungan partikel tepung yang telah kering disaring dan dikecilkan ukurannya menjadi partikel-partikel yang tidak terlalu besar (yang diinginkan). Proses aglomerasi menyebabkan penambahan jumlah udara yang terperangkap atau tergabung diantara partikel-partikel tepung. Udara yang tergabung tersebut akan di isi atau digantikan oleh air dengan cepat pada saat tepung instan tersebut direkonstitusi.
3.3 Komponen Spray drier

3.3.1 Atomisasi

Tahap pertama adalah memompa umpan/bahan cairan ke bagian atomizer. Ada dua tipe atomizer yang digunakan, yaitu : Rotary/wheel atomizer yang menggunakan energi sentrifugal dan Nozzle atomizer bertekanan.

A. Rotary/Wheel Atomizer

Rotary/Wheel Atomizer adalah alat untuk menghasilkan droplet di spray drier yang tersusun atas baling-baling yang dapat berputar-putar, umpan/bahan dilewatkan dari bagian tengah, kemudian akan menyebar kesekeliling baling-baling tersebut sehingga terpancar keluar. Sudut spray dan tipe atomizer ini adalah 1800. Gerakan baling-baling atomizer ini akan mengakibatkan gerakan menekan udara disekitar bahan sehingga terbentuk aliran udara yang berputar pula.
B. Nozzle Atomizer Bertekanan

Nozzle Atomizer Bertekanan ini memiliki dua bagian yang penting, yaitu : bagian alat untuk menciptakan aliran berputar zat cair dari bahan/umpan berupa “kepala nozzle” dan sebuah lubang dimana bahan/umpan yang berbentuk cair tadi dipancarkan /spray, yaitu berupa kerucut spray. Ukuran kedua komponen tersebut dan penentuan besarnya tekanan yang digunakan akan menentukan ukuran dari droplet semprotan.

Mekanisme zat cair terpancar melalui lubang dipengaruhi oleh besarnya tenaga yang dipakai dan sifat fisik cairan bahan tersebut (kekentalan). Semakin tinggi tekanan yang dipakai pada rata-rata setiap umpan dialirkan, maka semakin kecil ukuran droplet yang dihasilkan. Sudut spray dari tipe atomizer ini sekitar 60-1100. Lebih sempit sudut yang dibentuk dibandingkan wheel/rotary atomizer yaitu sekitar 1800, dengan lintasan droplet yang horizontal.

3.3.2 Kontak Arah Aliran Spray Drier Dengan Medium Udara

Tahap kedua setelah atomisasi adalah kontak antara bahan dengan medium pemanas yaitu melibatkan udara yang terjadi didalam drying chamber. Ada tiga bentuk kontak/pertemuan antara gerakan droplet hasil spray dan udara panas di dalam chamber yaitu : cocurent (searah), countercurrent (berlawanan arah) dan penggabungan arah aliran. Dari ketiganya, untuk countercurrent tidak dapat digunakan di dalam pengeringan untuk bahan pangan, dikarenakan partikel bahan yang paling kering akan bertemu dengan medium pemanas atau udara yang paling panas, maka akan menyebabkan kerusakan bahan pangan atau produk.
3.3.3 Penguapan, Pengeringan Dan Pembentukan Partikel

Setelah dua tahapan sebelumnya, maka selanjutnya adalah pengeringan droplet dan pembentukan partikel. Setiap droplet yang dibentuk oleh atomizer akan melalui drying chumber, baik dengan arah aliran cocurent ataupun arah mixed flow. Suhu oprasional yang digunakan akan sangat berpengaruh ditahapan ini, suhu inlet dimaksimalkan untuk memperoleh efisiensi panas yang terbaik tanpa menimbulkan kerusakan bahan. Besarnya suhu outlet digunakan untuk memberikan penguapan sisa kadar air yang ada di dalam tepung hasil dari pengeringan di drying chamber.
3.3.4 Pengambilan Tepung

Produk akhir berupa tepung yang telah kering dihisap dengan exhaust fan, melalui cyclone turun ke tempat penampungan bahan/tepung.