Karakteristik Fisik Dan Termik

A.1 Karakteristik Fisik

·         Bentuk                             

·         Ukuran

·         Volume

·         Luas permukaan

·         Sudut curah

·         Densitas

·         Porositas

·         Warna

·         Penampakan

A.1.1 Bentuk dan Ukuran

      Bentuk dan ukuran adalah sesuatu yang tidak dapat dipisahkan. Dua hal ini mengambil peran penting dalam merancang alat, seperti grading dan sortasi. Bentuk dan ukuran dibedakan menjadi 2 kasus:

1.      Komoditi yang bentuk dan ukurannya dapat dibedakan dengan mata telanjang

2.      Produk berbentuk bubuk : kopi, garam, susu bubuk dll.

Ukuran menyatakan besaran materi atau isi pada suatu komoditas yang dimanifestasikan dalam bentuk besaran :

·         Berat

·         Luas

·         Lebar

·         Tebal

·         Volume

·         Panjang

·         Diameter

Sedangkan untuk ukuran produk tepung dapat dinyatakan dengan mesh (saringan), yaitu jumlah lubang persatuan luas (n/in² atau N/cm²). Penentuan ukuran buah dan sayuran menggunakan pengukuran panjang/berat atau volume.

Bentuk dan ukuran dapat  mempengaruhi :

·         penerimaan konsumen

·         pengemasan

·         distribusi

·         proses pengolahan

A.1.2  Volume dan Densitas

Densitas terbagi menjadi dua, yaitu:

1.      Densitas Kamba (Bulk density)  adalah  perbandingan bobot bahan dengan volume yang ditempatinya, termasuk ruang kosong diantara butiran makanan.

2.      Densitas Nyata adalah perbandingan bobot bahan dengan volume yang hanya ditempati oleh butiran bahan tidak termasuk ruang kosong.

Densitas Kamba dapat diukur dengan menimbang bahan yang menempati wadah literan sesuai dengan volume. Sedangkan Densitas Nyata dapat diukur dengan beberapa cara, seperti:

§  Gelas ukur yang diisi toluena (C₆H₅CH₃)  sampai volume tertentu

§  Kenaikan volume toluena akibat sejumlah bobot butiran yang dapat menyatakan densitas nyata

§  Dengan piknometer

Metode penentuan volume dan densitas :

·         Gelas ukur

·         Piknometer

·         Densitimeter

Densitas Nyata dapat dihitung dengan rumus:

D =  density  toluene   x   bobot  biji   =   toluene x X

        bobot toluene yang di usir biji               (b + X) - c

Densitas toluene dapat dihitung dari penimbangan a, b dan c

            ρ  toluene  =   b  -  a

c  -  a

Volume dan Densitas juga dapat berperan sebagai aplikasi-aplikasi, seperti:

§  pengeringan dan penyimpanan

§  rancangan silo dan ruang penyimpanan

§  mesin kompresi mekanikal

§  pemisahan bahan-bahan asing

§  penentuan kemurnian benih

§  separasi dan grading

§  evaluasi kematangan

§  tekstur dan kelunakan buah

§  estimasi ruang udara di dalam jaringan tanaman

§  evaluasi kualitas produk seperti kacang kapri, jagung manis dan kentang (densitas meningkat jika matang)

A.1.3 Sudut Curah

 Sudut curah adalah sudut yang terbentuk antara bidang datar dengan sisi miring curahan bila sejumlah biji dituangkan dengan cepat di atas bidang datar. Sudut curah sangat penting untuk mendisain wadah, fasilitas penyimpanan, dan alat pembantu lain dalam pengolahan biji-bijian. Sudut Curah ditentukan dengan mengukur diameter curahan dan tinggi curahan.

Rumus untuk mengukur sudut curah :           

tg α      =             t             =    2 t

0,5 d                d

Tabel 1. Sudut Curah berbagai Jenis Biji-bijian

Jenis Bahan	Sudut Curah (Derajat)
Jagung Pipil Sorgum Gabah Kacang Kedelai Gandum	27 33 36 29 28

sumber : Richey, Jacobson dan Hall (1980)

A.1.4 Luas Permukaan

Luas permukaan bahan juga menentukan image-sensor untuk keperluan otomatisasi dan robotisasi mesin-mesin pertanian.

v  Luas permukaan daun menentukan : 

·         kapasitas fotosintesis

·         Laju pertumbuhan

·         Hubungan tanaman-tanah-air

v  Luas permukaan buah dan biji penting dalam :

§  Pengukuran respirasi

§  Penentuan warna

§  Pemantulan cahaya

§  Fenomena transfer panas

A.1.5 Warna dan Penampakan

Warna adalah sebuah sensasi fisik jika distribusi energi dari cahaya direfleksikan atau ditransmisikan oleh/melalui bahan pangan. Energi digambarkan sebagai spektrum elektromagnetik yang kontiniu dengan kisaran dari sinar gamma (pjg gel 10^-5 nm – 10¹⁷ nm. Bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata adalah  380-770 nm, sehingga mempengaruhi warna.Warna tidak sama sensasinya dengan karakteristik fisik lain seperti titik leleh, ukuran partikel, dll. Warna merupakan persepsi manusia terhadap penampakan dari sinyal yang diberikan oleh otak.

v  Warna juga dapat dipengaruhi oleh :

·         Sejumlah atribut fisik (ukuran, tekstur, gloss, polarisasi, keadaan fisik)

·       Serangkaian persepsi psikologis (latar belakang warna, type cahaya, karakteristik geometri objek).

v  Warna dan Penampakan dapat ditentukan oleh :

·         Adanya sinar sebagai sumber penerangan

·         Sifat absorbsi dan refleksi spektral benda

·         Kondisi lingkungan benda

·         Kondisi subjek yang melihat benda

v  Warna dan Penampakan berperan dalam menentukan mutu fisik, seperti:

ü  Pada beras dinyatakan dengan derajat sosoh atau derajat keputihan

ü  Pada umbi yang penting warna bagian dalam umbi

ü  Kelainan warna menunjukkan adanya kerusakan atau penyimpangan mutu

ü  Menunjukkan tingkat kematangan buah

ü  Pedoman dalam proses pengolahan

v  Ada 3 unsur warna untuk menyatakan pengukuran warna :

·         hue (warna kromatik)

·         value / lightness : warna akromatik atau kecerahan

·         kroma : intensitas warna kromatik

Penglihatan manusia merespon 3 warna (tri stimulus) dengan panjang gelombang yang berbeda yaitu merah, hijau dan biru. Notasi standar untuk ketiga warna ini oleh International Committee on Illumination (ICI/CIE) :

X = merah

Y= hijau

Z = biru

W5 Cara menilai atau mengukur warna :

ü  Cara deskripsi

ü  Cara gambar (chart methods)

ü  Cara notasi, dengan cara subjektif dan objektif

ü  Cara spektrofotometri, dengan cara objektif

ü   Cara panelis ahli, dengan carasubjektif

A.1.6 Porositas

Porositas merupakan ruang (void) dalam suatu massa seperti biji-bijian atau

bahan porous lain. Porositas penting dalam aliran udara dan panas. Porositas bisa disebut juga faktor pengemasan (PF). Faktor pengemasan (PF) dapat dihitung dengan rumus:

        PF =  densitas partikel solid – densitas kemasan

                      densitas partikel solid

A.2 Karakteristik Mekanik

Sifat Permukaan, Tekstur dan Kekerasan merupakan sesuatu pertimbangan  yang penting dalam proses pengupasan secara mekanis. Selain itu sifat ini juga digunakan untuk mendesain mesin “grading” terutama untuk memisahkan bahan yang berukuran kecil, sedang dan besar. Berdasarkan kerataan permukaan dapat dibagi atas sifat-sifat permukaan yang rata dan bergelombang.

v  Jenis-Jenis Sifat Permukaan:

§  halus

§  halus berbulu halus

§  halus berbulu kasar

§  kasar tidak berbulu

§  kasar berbulu.

 Sedangkan tekstur biasanya dihubungkan dengan kesan mulut bila mengunyah setelah di masak, seperti:

·         mealy (seperti bertepung)

·         gritty/sandy (rasa berpasir)

·         Sticky (pulen) 

            Kekerasan berhubungan erat dengan tingkat kematangan buah. Sehingga kekerasan  seringkali dipertimbangkan  dalam menilai mutu fisik biji-bijian. Sifat kekerasan erat kaitannya dengan komposisi bahan dan tingkat kematangan pada buah-buahan.

            A.2.1 Pengertian Sifat Mekanis

Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan tersebut. Sifat mekanis yang berhubungan dengan perubahan bentuk dan aliran bahan disebut dengan sifat reologi. Sifat Reologi adalah sifat fisik produk pangan/hasil pertanian yang berkaitan dengan deformasi bentuk akibat terkena gaya mekanis. Sifat reologi merupakan sifat mekanis, akan tetapi sifat mekanis belum tentu sifat reologi.

Sifat-sifat mekanis bahan pangan dan hasil pertanian :

•   Kekeras 
•   Kekuatan tekan
•   Tahanan geser
•   Koefisien statis 
•   Koefisien luncur (sliding)
•   Koefisien gesekan

Sifat-sifat reologi yang perlu diperhatikan untuk bahan pangan cair, kental, gel dan plastis:

• kekentala 
• kelengketan  
• elastisitas 
•  plastis
• lentur
• kenyal

A.3 Karakteristik Termik

·         Panas Jenis

·         Panas Laten

·         Konduktivitas Panas

·         Difusivitas Panas

A.3.1. Panas Jenis  

Panas Jenis suatu bahan adalah Jumlah panas atau kalori yang diperlukan untuk mengubah suhu sebanyak 1⁰C dari 1 gr bahan. Panas jenis air dalam keadaan cair : 1.00 BTU/lb. Panas jenis air dalam keadaan beku : 0.48 BTU/lb.

 Rumus  menentukan panas jenis suatu bahan:

·         Untuk bahan berkadar air tinggi, rumus cp di atas titik beku :

cp = 4.1868 (0.008 m + 0.2)

·         Untuk proses di bawah titik beku :

cp = 4.1868 (0.003 m + 0.2)

Keterangan: m = kadar air bahan (% basis basah)

A.3.2 Panas Laten 

Panas Laten adalah Jumlah panas atau jumlah kalori  yang diperlukan untuk mengubah fase  1 gr bahan, baik dari padat ke cair atau dari cair ke gas atau sebaliknya tanpa merubah suhunya. Misalnya, panas untuk merubah air pada suhu 32 F menjadi es pada suhu 32 F, maka disebut panas laten pembekuan. Seadangkan panas yang dibutuhkan untuk merubah air pada suhu 212 menjadi uap pada suhu 212 F, maka disebut panas laten penguapan. Dan panas laten untuk pembekuan air : 144 BTU/lb.

A.3.3 Konduktivitas Panas (Termik)

Konduktivitas panas adalah laju pindah panas (q) melalui permukaan bahan

dengan luas A jika pada benda tersebut diberikan panas dengan perbedaan suhu sebesar T₁-T_2.  Konduktivitas panas bahan erat kaitannya dengan porositas, struktur dan komposisi kimia, khususnya pada  karakteristik udara, lemak dan air. Nilai konduktivitas panas sangat penting artinya dalam penyimpanan biji-bijian, proses pengolahan di pabrik, pendinginan dsb, khususnya menyangkut proses pindah panas secara konduksi.

            Konduktivitas Panas dapat dirumuskan menjadi:

                  K =  q    x    L

                          A (T1-T2)

A.3.4 Difusitas Panas (Termik)

Difusitas panas sangat penting artinya apabila terjadi proses pindah panas terutama terjadi secara konduksi daripada secara korelasi. Selain itu Difusitas Panas juga penting dalam proses pengeringan, destilasi dan absorbsi. Difusi Panas juga berperan dalam menentukan kecepatan distribusi panas dalam bahan. Semakin besar    maka semakin cepat pembauran panas dalam bahan. Difusi panas bahan pangan bervariasi dari 1 - 2 x 10^-7 m² s^-1 dan akan bertambah menurut kenaikan suhu.

Besarnya sangat tergantung pada konduktivitas panas, densitas, dan panas jenis bahan, seperti pada persamaan Rumus berikut :

                  Q         =         k

                                     (p.Cp)

      keterangan :     Q  =   difusi panas

                              k   =   konduktivitas panas

                              p   =   densitas

                              Cp=   panas jenis