TUGAS RANCANGAN TEKNIK
Skripsi acuan:RANCANG BANGUN ALAT PENYANGRAI KOPI TIPE SILINDER
HORIZONTAL BERPUTAR DENGAN PENGADUK TIPE ULIR
OLEH:05121002039 IRANDA PUSPITA SARI05121002039 LINDRI
FIAMELDA
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIANJURUSAN TEKNOLOGI
PERTANIANFAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDRALAYA2014Judul awal: RANCANG BANGUN ALAT PENYANGRAI KOPI
TIPE SILINDER HORIZONTAL BERPUTAR DENGAN PENGADUK TIPE ULIRJudul
baru : ALAT PENYANGRAI KOPI TIPE SILINDER DUA TABUNG HORIZONTAL
BERPUTAR DENGAN PENGADUK TIPE ULIR
I. PENDAHULUAN1.1. Latar BelakangKopi merupakan salah satu
komoditas perkebunan yang memiliki peran penting dalam menunjang
peningkatan ekspor non-migas di indonesia. Pada tahun 2004
perolehan devisa dari komodias kopi menghasilkan nilai ekspor
sebesar US$ 251 juta atau 10,1 persen dari nilai ekspor seluruh
komoditas pertanian atau 0,5 persen dari ekspor non migas atau 0,4
persen dari nilai total ekspor (AEKI, 2005).Indonesia merupakan
negara produsen kopi ke-empat terbesar didunia setelah Brazil,
Vietnam dan Kolombia. Dari total produksi, sekitar 67% kopinya
diekspor sedangkan sisanya (33%) untuk memenuhi kebutuhan dalam
negeri. (AEKI, 2013).Potensi Indonesia dLm dunia internasional
dibidang kopi ini harus ditingkatkan, karena dapat meningkatkan
pendapatan petani kopi dan pemasukan anggaran negara. Hasil
produksi yang besar harus didukung oleh pengolahan yang tepat dan
benar agar menghasilkan biji kopi yang bernilai jual tinggi. Salah
satu tahap penting pengolahan kopi yang menentukan kualitasnya
adalah proses penyangraian (roasting). Roasting merupakan proses
penyangraian biji kopi yang tergantung pada waktu dan suhu yang
ditandai dengan perubahan kimiawi yang signifikan (Ciptadi dan
Nasution, 1985).Selama proses penyangraian, terjadi perubahan fisik
dan kimia pada biji kopi. Proses sangrai diawali dengan penguapan
air dan diikuti dengan reaksi pirolisis. Secara kimiawi, proses ini
ditandai dengan evolusi gas CO2 dalam jumlah banyak dari ruang
sangrai. Secara fisik, pirolisis ditandai dengan perubahan warna
biji kopi yang semula kehijauan menjadikecoklatan. Kisaran suhu
sangrai yang umum adalah antara 195oC sampai 205oC. Suhu 190oc
sampai 195oc untuk tingkat sangrai ringan (warna cokelat muda),
suhu 200oC sampai 205oc untuk tingkat sangrai medium (warna cokelat
agak gelap) dan suhu diatas 205oC untuk tingkat sangrai gelap(warna
cokelat tua agak hitam) (ICCRI, 2013).Alat penyangrai tipe silinder
tertutup menghasilkan produk kopi berkualitas yang memiliki aroma
dan cita rasa yang lebih kuat. Penyangrai biji kopi pada silinder
tertutup dilakukan untuk mencapai suhu yang tinggi. Alat penyangrai
yang menghasilkan suhu tinggi sangat dibutuhkan pada skala
komersial atau tujuan bisnis sehingga target produksi kopi sangrai
dapat dicapai (Ciptadi dan Nasution, 1985).Pembuatan kopi bubuk
banyak dilakukan oleh petani, pedagang, pengecer, industri kecil
dan pabrik. Permbuatan kopi bubuk oleh petani petani biasanya hanya
dilakukan secara tradisional dengan alat alat sederhana. Sedangkan
pembuatan kopi buuk oleh pabrik biasanya dilakukan secara modern
dengan skala yang cukup besar dengan menggunakan alat penyangrai
(Tim Karya Tani Mandiri, 2010).Penyangraian kopi hingga pada saat
sekarang ini masih banyak menggunakan peralatan manual ataupun yang
disebut secara tradisional yaitu dengan menggunakan kayubakar
sebagai bahan bakar. Hal ini kurang efektif dan efisien bagi
manusia. Untuk mengatasi ketidakefektifan dan ketidakefisienan cara
manual ini, maka perlu dirancang suatu alat penyangrai kopi
mekanis. Tentu juga dengan demikian dibutuhkan analisis konsep
perancangan guna mengetahui state of art, identification of need,
konsep, kelayakan dan juga produknya.
1.2. TujuanMakalah tugas ini bertujuan untuk merancang dan
menguji kerja alat penyangrai kopi tipe silinder ganda horizontal
berputar dengan pengaduk tipe ulir dan menganalisa metode desain
dalam proses pembuatannya.
1.3. Rumusan MasalahBagaimana cara merancang dan menganalisa
rancangan skripsi ini?
II. TINJAUAN PUSTAKA2.1. Pertanian KopiMenurut Najiyati dan
Danarti (2006), kopi adalah spesies tanaman tahunan berbentuk
pohon. Di dunia perdagangan, dikenal beberapa golongan kopi, tetapi
yang paling sering dibudidayakan hanya kopi Arabika, Robusta, dan
Liberika. Secara lengkap, klasifikasi botani kopi adalah sebagai
berikut: Divisi : Spermatophyta Subdivisi: Angiospermae Kelas :
Dicotyledonae Ordo : Rubiales Famili : Rubiaceae Genus : Coffea
Spesies : coffea sp. Pada umumnya tanaman kopi berbunga setelah
berumur sekitar dua tahun. Bila bunga sudah dewasa, terjadi
penyerbukan dengan pembukaan kelopak danmahkota yang akan
berkembang menjadi buah. Kulit buah yang berwarna hijau akan
menguning dan menjadi merah tua seiring dengan pertumbuhannya.
Waktu yang diperlukan dari bunga menjadi buah matang sekitar 6-11
bulan, tergantung jenis dan lingkungan. Kopi Arabika membutuhkan
waktu 6-8 bulan, sedangkan kopi Robusta 8-11 bulan. Bunga umumnya
mekar awal musim kemarau dan buah siap dipetik di akhir musim
kemarau. Di awal musim hujan, cabang primer akan memanjang dan
membentuk daun-daun baru yang siap mengeluarkan bunga pada awal
musim kemarau mendatang (Najiyati dan Danarti 2006). Jika
dibandingkan dengan kopi Arabika, pohon kopi Robusta lebih rendah
dengan ketinggian sekitar 1,98 hingga 4,88 meter saat tumbuh liar
di kawasan hutan. Pada saat dibudidayakan melalui pemangkasan,
tingginya sekitar 1,98 hingga 2,44 meter (Retnandari dan
Tjokrowinoto 1991). Buah kopi terdiri dari daging buah dan biji.
Daging buah terdiri dari tiga lapisan yaitu lapisan kulit luar
(exocarp), daging buah (mesocarp), dan kulit tanduk (endocarp) yang
tipis, tetapi keras. Kulit luar terdiri dari satu lapisan tipis.
Kulit buah yang masih muda berwarna hijau tua yang kemudian
berangsur-angsurmenjadi hijau kuning, kuning, dan akhirnya menjadi
merah, merah hitam jika buah tersebut sudah masak sekali. Daging
buah yang sudah masak akan berlendir dan rasanya agak manis. Biji
terdiri dari kulit biji dan lembaga (Ciptadi dan Nasution 1985;
Najiyati dan Danarti 2006). Kulit biji atau endocarp yang keras
biasa disebut kulit tanduk. Lembaga (endosperma) merupakan bagian
yang dimanfaatkan untuk membuat minuman kopi.Menurut Ciptadi dan
Nasution (1985), buah kopi umumnya mengandung 2 butir biji, tetapi
kadang-kadang hanya mengandung satu butir saja. Biji kopi ini
disebut biji kopi lanang/kopi jantan/kopi bulat. Buah kopi yang
sudah masak pada umumnya akan berwarna kuning kemerahan sampai
merah tua. Tetapi ada juga yang belum cukup tua tetapi telah
terlihat berwarna kuning kemerahan pucat yaitu kopi yang terserang
hama bubuk buah kopi. Buah kopi yang terserang hama bubuk ini
mengering di tangkai atau luruh ke tanah. Buah kopi yang
keringtersebut dipetik dan yang luruh di tanah dipungut secara
terpisah dari buah masak atau racutan yaitu memetik semua buah yang
tertinggal di pohon sampai habis, termasuk yang masih muda. Petikan
rampasan ini dimaksudkan guna memutus siklus hidup hama bubuk buah.
Pemetikan buah kopi dilakukan secara manual (Ciptadi dan Nasution
1985; Najiyati dan Danarti 2006). Di dunia perdagangan dikenal
beberapa golongan kopi, tetapi yang paling sering dibudidayakan
hanya kopi Arabika, Robusta, dan Liberika. Kopi Robusta bukan nama
spesies karena kopi ini merupakan keturunan dari beberapa spesies
kopi terutama Coffea canephora. Kopi Robusta berasal dari
hutan-hutan khatulistiwa di Afrika, yang membentang dari Uganda
hingga Sudan Selatan, bahkan sampai Abyssinia Barat sepanjang curah
hujan mencukupi. Kopi ini masuk ke Indonesia pada tahun 1900 dan
saat ini termasuk jenis yang mendominasi perkebunan kopi di
Indonesia (Retnandari dan Tjokrowinoto 1991).
2.2. Pengembangan Kopi Rakyat Berbasis AgroindustriKopi telah
memberikan keuntungan bagi petani kopi, tetapi belum dapat menjamin
untuk memenuhi keperluan rumah tangga petani. Karena dibandingkan
dengan para pelaku ekonomi dalam rantai usaha tani dan pemasaran
kopi, petani memiliki posisi paling lemah. Para pedagang dan
eksportir memiliki peluang untuk memperoleh keuntungan meskipun
pada tingkat harga terendah. Petani yang telah mengeluarkan biaya
untuk pemeliharaan tidak dapat menyesuaikan dengan rendahnya harga
kopi. Hal ini akan mempengaruhi pola pengelolaan kopi pada tahap
berikutnya yang selanjutnya berpengaruh terhadap mutu kopi yang
dihasilkan dan pendapatan petani (Retnandari dan Tjokrowinoto
1991). Beberapa keterbatasan petani kopi dan industri pengolahan
kopi rakyat skala kecil adalah sebagai berikut: 1. Keseragaman dan
kepastian ketersediaan produk yang rendah yangmenyebabkan rendahnya
standar dan harga produk. 2. Keterbatasan akses terhadap
pembiayaan. 3. Ketidakmampuan memenuhi volume yang dipersyaratkan
pembeli komersial.4. Umumnya tidak memiliki kemampuan untuk
mendapatkan pembiayaan operasional dari sumber-sumber formal. 5.
Kesulitan untuk mengakses pasar terkait faktor logistik,
ketidaktepatan, dan rendahnya persiapan pengolahan kopi yang
bermutu baik. 6. Mekanisme resiko yang terbatas meskipun bergerak
dalam suatu kelompok tani. 7. Kelompok tani cenderung berorientasi
sosial, memiliki manajemen pengelolaan yang rendah. Pembangunan
pertanian pada dasarnya adalah suatu upaya untuk meningkatkan
kualitas hidup petani, yang dicapai melalui strategi investasi dan
kebijaksanaan pengembangan profesionalitas dan produktivitas tenaga
kerja pertanian, pengembangan sarana, dan prasarana ekonomi,
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi disertai dengan
penataan dan pengembangan kelembagaan pedesaan (Kasryno 2002).
2.3. Jenis-Jenis KopiDi dunia perdagangan dikenal beberapa
golongan kopi, tetapi yang paling sering dibudidayakan hanya kopi
arabika, robusta, dan liberika. Pada umumnya, penggolongan kopi
berdasarkan spesies, kecuali kopi robusta. Kopi robusta bukan nama
spesies karena kopi ini merupakan keturunan dari berapa spesies
kopi terutama Coffea canephora (Najiyati dan Danarti, 2004).
Menurut Aak (1980), terdapat empat jenis kopi yang telah
dibudidayakan, yakni: 1. Kopi Arabika Kopi arabika merupakan kopi
yang paling banyak di kembangkan di dunia maupun di Indonesia
khususnya. Kopi ini ditanam pada dataran tinggi yang memiliki iklim
kering sekitar 1350-1850 m dari permukaan laut. Sedangkan di
Indonesia sendiri kopi ini dapat tumbuh dan berproduksi pada
ketinggian 10001750 m dari permukaan laut. Jenis kopi cenderung
tidak tahan Hemilia Vastatrix. Namun kopi ini memiliki tingkat
aroma dan rasa yang kuat. 2. Kopi Liberika Jenis kopi ini berasal
dari dataran rendah Monrovia di daerah Liberika. Pohon kopi
liberika tumbuh dengan subur di daerah yang memilki tingkat
kelembapan yang tinggi dan panas. Kopi liberika penyebarannya
sangat cepat. Kopi ini memiliki kualitas yang lebih buruk dari kopi
Arabika baik dari segi buah dan tingkat rendemennya rendah. 3. Kopi
Canephora (Robusta) Kopi Canephora juga disebut kopi Robusta. Nama
Robusta dipergunakan untuk tujuan perdagangan, sedangkan Canephora
adalah nama botanis. Jenis kopi ini berasal dari Afrika, dari
pantai barat sampai Uganda. Kopi robusta memiliki kelebihan dari
segi produksi yang lebih tinggi di bandingkan jenis kopi Arabika
dan Liberika. 4. Kopi Hibrida Kopi hibrida merupakan turunan
pertama hasil perkawinan antara dua spesies atau varietas sehingga
mewarisi sifat unggul dari kedua induknya. Namun, keturunan dari
golongan hibrida ini sudah tidak mempunyai sifat yang sama dengan
induk hibridanya. Oleh karena itu, pembiakannya hanya dengan cara
vegetatif seperti stek atau sambungan.
2.4. Pengeringan Biji KopiPengeringan adalah proses pengeluaran
air dari suatu bahan pertanian menuju kadar air kesetimbangan
dengan udara sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu
bahan pertanian dapat dicegah dari serangan jamur, enzim dan
aktifitas serangga (Hederson and Perry, 1976). Sedangkan menurut
Hall (1957) dan Brooker et al., (1974), proses pengeringan adalah
proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu
sehingga dapat memperlambat laju kerusakan bahan pertanian akibat
aktivitas biologis dan kimia sebelum bahan diolah atau
dimanfaatkan. Pengeringan adalah proses pemindahan panas untuk
menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang
dikeringkan oleh media pengeringan yang biasanya berupa panas.
Tujuan pengeringan adalah mengurangi kadar air bahan sampai dimana
perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat
menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Kombinasi suhu dan
lama pemanasan selama proses pengeringan pada komoditi biji-bijian
dilakukan untuk menghindari terjadinya kerusakan biji. Suhu udara,
kelembaban relatif udara, aliran udara, kadar air awal bahan dan
kadar akhir bahan merupakan faktor yang mempengaruhi waktu atau
lama pegeringan (Brooker et al., 1974). Biji kopi yang telah dicuci
mengandung air 55%, dengan jalan pengeringan kandungan air dapat
diuapkan, sehingga kadar air pada kopi mencapai 8-10%. Setelah
dilakukan pengeringan maka dilanjutkan dengan perlakuan pemecahan
tanduk. Pengeringan dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu: 1.
Pengeringan dengan sinar matahari, dengan cara semua biji kopi
diletakkan dilantai penjemuran secara merata. 2. Pengeringan dengan
menggunakan mesin pengering, dimana pada mesin pengering tersebut
terdiri atas tromol besi dengan dindingnya berlubanglubang kecil
(Aak,1980).
Pengeringan pada kopi biasanya dilakukan dengan tiga cara yaitu
pengeringan secara alami, buatan, dan kombinasi antara alami dan
buatan.1. Pengeringan Alami Pengeringan alami hanya dilakukan pada
musim kemarau karena pengeringan pada musim hujan tidak akan
sempurna. Pengeringan yang tidak sempurna mengakibatkan kopi
berwarna coklat, berjamur, dan berbau apek. Pengeringan pada musim
hujan sebaiknya dilakukan dengan cara buatan atau kombinasi cara
alami dan buatan. Pengeringan secara alami sebaiknya dilakukan
dilantai semen, anyaman bambu, atau tikar. Kebiasaan menjemur kopi
di atas tanah akan menyebabkan kopi menjadi kotor dan terserang
cendawan (Najiyati dan Danarti, 2004). Cara penjemuran kopi yang
baik adalah dihamparkan di atas lantai dengan ketebalan maksimum
1.5 cm atau sekitar 2 lapisan. Setiap 12 jam hamparan kopi di
bolak-balik dengan menggunakan alat menyerupai garuh atau kayu
sehingga keringnya merata. Bila matahari terik penjemuran biasanya
berlangsung selama 1014 hari namun bila mendung biasanya
berlangsung 3 minggu (Najiyati dan Danarti, 2004). 2. Pengeringan
Buatan Pengeringan secara buatan biasanya dilakukan bila keadaan
cuaca cenderung mendung. Pengeringan buatan memerlukan alat
pengering yang hanya memerlukan waktu sekitar 18 jam tergantung
jenis alatnya. Pengeringan ini dilakukan melalui dua tahap. Tahap
pertama, pemanasan pada suhu 65-100oC untuk menurunkan kadar air
dari 54% menjadi 30%. Tahap kedua pemanasan pada suhu 5060oC untuk
menurunkan kadar air menjadi 8-10% (Najiyati dan Danarti, 2004). 3.
Pengeringan Kombinasi Alami dan Buatan Pengeringan ini dilakukan
dengan cara menjemur kopi di terik matahari hingga kadar air
mencapai 30%. Kemudian kopi dikeringkan lagi secara buatan sampai
kadar air mencapai 8-10%. Alat pengering yang digunakan ialah mesin
pengering otomatis ataupun dengan rumah (tungku) pengering. Prinsip
kerja kedua alat hampir sama yaitu pemanasan kopi dengan uap/udara
di dalam ruang tertutup (Najiyati dan Danarti, 2004).
2.5. Penyangraian KopiKunci dari proses produksi kopi bubuk
adalah penyangraian. Proses ini merupakan tahapan pembentukan aroma
dan citarasa khas kopi dari dalam biji kopi dengan perlakuan panas.
Biji kopi secara alami mengandung cukup banyak senyawa organik
calon pembentuk citarasa dan aroma khas kopi. Waktu sangrai
ditentukan atas dasar warna biji kopi sangrai atau sering disebut
derajat sangrai. Makin lama waktu sangrai, warna biji kopi sangrai
mendekati cokelat tua kehitaman (Mulato, 2002). Roasting merupakan
proses penyangraian biji kopi yang tergantung pada waktu dan suhu
yang ditandai dengan perubahan kimiawi yang signifikan. Terjadi
kehilangan berat kering terutama gas dan produk pirolisis volatil
lainnya. Kebanyakan produk pirolisis ini sangat menentukan citarasa
kopi. Kehilangan berat kering terkait erat dengan suhu
penyangraian. Berdasarkan suhu penyangraian yang digunakan kopi
sangrai dibedakan atas 3 golongan yaitu ligh roast suhu yang
digunakan 193 C sampai 199 C, medium roast suhu yang digunakan 204
C dan dark roast suhu yang digunakan 213 C sampai 221 C. Light
roast menghilangkan 3-5% kadar air, medium roast menghilangkan 5-8%
dan dark roast menghilangkan 8-14% kadar air (Varnam and
Sutherland, 1994). Penyangrai bisa berupa oven yang beroperasi
secara batch atau continous. Pemanasan dilakukan pada tekanan
atmosfer dengan media udara panas atau gas pembakaran. Pemanasan
dapat juga dilakukan dengan melakukan kontak dengan permukaan yang
dipanaskan, dan pada beberapa desain pemanas, hal ini merupakan
faktor penentu pada pemanasan. Desain paling umum yang dapat
disesuaikan baik untuk penyangraian secara batch maupun continous
yaitu berupa drum horizontal yang dapat berputar. Umumnya, biji
kopi dicurahkan sealiran dengan udara panas melalui drum ini,
kecuali pada beberapa roaster dimana dimungkinkan terjadi aliran
silang dengan udara panas. Udara yang digunakan langsung dipanaskan
menggunakan gas atau bahan bakar, dan pada desain baru digunakan
sistem udara daur ulang yang dapat menurunkan polusi di atmosfer
serta menekan biaya operasional (Ciptadi dan Nasution, 1985).
Tingkat penyangraian dibagi menjadi 3 tingkatan, yaitu ringan
(light), medium dan gelap (dark). Secara laboratoris tingkat
kecerahan warna biji kopi sangrai diukur dengan pembeda warna
lovibond. Biji kopi beras sebelum disangrai mempunyai warna
permukaan kehijauan yang bersifat memantulkan sinar sehingga nilai
Lovibondnya (L) berkisar antara 60-65. Pada penyangraian ringan
(light), sebagian warna permukaan biji kopi berubah kecoklatan dan
nilai L turun menjadi 44-45. Jika proses penyangraian dilanjutkan
pada tingkat medium, maka nilai L biji kopi makin berkurang secara
signifikan kekisaran 38-40. Pada penyangraian gelap, warna biji
kopi sangrai makin mendekati hita/;m karena senyawa hidrokarbon
terpirolisis menjadi unsur karbon. Sedangkan senyawa gula mengalami
proses karamelisasi dan akhirnya nilai L biji kopi sangrai tinggal
34-35. Kisaran suhu sangrai untuk tingkat sangrai ringan adalah
antara 190oC-195oC, sedangkan untuk tingkat sangrai medium adalah
di atas 200oC. Untuk tingkat sangrai gelap adalah di atas 205oC
(Mulato, 2002).Perubahan sifat fisik dan kimia terjadi selama
proses penyangraian, menurut Ukers dan Prescott dalam Ciptadi dan
Nasution (1985) seperti swelling, penguapan air, tebentuknya
senyawa volatile, karamelisasi karbohidrat, pengurangan serat
kasar, denaturasi protein, terbentuknya gas sebagai hasil oksidasi
dan terbentuknya aroma yang karakteristik pada kopi. Swelling
selama penyangraian disebabkan karena terbentuknya gas-gas yang
sebagian besar terdiri dari kemudian gas-gas ini mengisi ruang
dalam sel atau pori-pori kopi. Senyawa yang membentuk aroma dan
rasa di dalam kopi menurut Mabrouk dan Deatherage dalam Ciptadi dan
Nasution (1985) adalah: 1. Golongan fenol dan asam tidak mudah
menguap yaitu asam kofeat, asam klorogenat, asam ginat dan
riboflavin. 2. Golongan senyawa karbonil yaitu asetaldehid,
propanon, alkohol, vanilin aldehid. 3. Golongan senyawa karbonil
asam yaitu oksasuksinat, aseto asetat, hidroksi pirufat, keton
kaproat, oksalasetat, mekoksalat, merkaptopiruvat. 4. Golongan asam
amino yaitu leusin, iso leusin, variline, hidroksiproline, alanin,
threonin, glisin dan asam aspartat. 5. Golongan asam mudah menguap
yaitu asam asetat, propionat, butirat dan volerat. Di dalam proses
penyangraian sebagian kecil dari kafein akan menguap dan terbentuk
komponen-komponen lain yaitu aseton, furfural, amonia,
trimethilamin, asam formiat dan asam asetat. Kafein di dalam kopi
terdapat baik sebagai senyawa bebas maupun dalam bentuk kombinasi
dengan klorogenat sebagai senyawa kalium kafein klorogenat. Biji
kopi yang disangrai dapat langsung dikemas. Pengemasan dilakukan
dengan kantong kertas, ketika kopi dipisahkan dari outlet khusus
dan digunakan langsung oleh konsumen. Tempat penyimpanan yang lebih
baik serta kemasan vakum diperlukan untuk mencegah deteriorasi
oksidatif jika kopi tidak melewati outlet khusus. Saat ini
digunakan kemasan vakum dari kaleng yang mampu menahan tekanan yang
terbentuk atau menggunakan kantung yang dapat melepaskan tetapi
menerima oksigen (Ciptadi dan Nasution ,1985).Kunci dari proses
produksi kopi bubuk adalah penyangraian. Proses ini merupakan
tahapan pembentukan aroma dan citarasa khas kopi dari dalam biji
kopi dengan perlakuan panas. Biji kopi secara alami mengandung
cukup banyak senyawa organik calon pembentuk citarasa dan aroma
khas kopi. Waktu sangrai ditentukan atas dasar warna biji kopi
sangrai atau sering disebut derajat sangrai. Makin lama waktu
sangrai, warna biji kopi sangrai mendekati cokelat tua kehitaman
(Mulato, 2002). Roasting merupakan proses penyangraian biji kopi
yang tergantung pada waktu dan suhu yang ditandai dengan perubahan
kimiawi yang signifikan. Terjadi kehilangan berat kering terutama
gas dan produk pirolisis volatil lainnya. Kebanyakan produk
pirolisis ini sangat menentukan citarasa kopi. Kehilangan berat
kering terkait erat dengan suhu penyangraian. Berdasarkan suhu
penyangraian yang digunakan kopi sangrai dibedakan atas 3 golongan
yaitu ligh roast suhu yang digunakan 193 C sampai 199 C, medium
roast suhu yang digunakan 204 C dan dark roast suhu yang digunakan
213 C sampai 221 C. Light roast menghilangkan 3-5% kadar air,
medium roast menghilangkan 5-8% dan dark roast menghilangkan 8-14%
kadar air (Varnam and Sutherland, 1994). Penyangrai bisa berupa
oven yang beroperasi secara batch atau continous. Pemanasan
dilakukan pada tekanan atmosfer dengan media udara panas atau gas
pembakaran. Pemanasan dapat juga dilakukan dengan melakukan kontak
dengan permukaan yang dipanaskan, dan pada beberapa desain pemanas,
hal ini merupakan faktor penentu pada pemanasan. Desain paling umum
yang dapat disesuaikan baik untuk penyangraian secara batch maupun
continous yaitu berupa drum horizontal yang dapat berputar.
Umumnya, biji kopi dicurahkan sealiran dengan udara panas melalui
drum ini, kecuali pada beberapa roaster dimana dimungkinkan terjadi
aliran silang dengan udara panas. Udara yang digunakan langsung
dipanaskan menggunakan gas atau bahan bakar, dan pada desain baru
digunakan sistem udara daur ulang yang dapat menurunkan polusi di
atmosfer serta menekan biaya operasional (Ciptadi dan Nasution,
1985). Tingkat penyangraian dibagi menjadi 3 tingkatan, yaitu
ringan (light), medium dan gelap (dark). Secara laboratoris tingkat
kecerahan warna biji kopi sangrai diukur dengan pembeda warna
lovibond. Biji kopi beras sebelum disangrai mempunyai warna
permukaan kehijauan yang bersifat memantulkan sinar sehingga nilai
Lovibondnya (L) berkisar antara 60-65. Pada penyangraian ringan
(light), sebagian warna permukaan biji kopi berubah kecoklatan dan
nilai L turun menjadi 44-45. Jika proses penyangraian dilanjutkan
pada tingkat medium, maka nilai L biji kopi makin berkurang secara
signifikan kekisaran 38-40. Pada penyangraian gelap, warna biji
kopi sangrai makin mendekati hitam karena senyawa hidrokarbon
terpirolisis menjadi unsur karbon. Sedangkan senyawa gula mengalami
proses karamelisasi dan akhirnya nilai L biji kopi sangrai tinggal
34-35. Kisaran suhu sangrai untuk tingkat sangrai ringan adalah
antara 190 oC-195 oC, sedangkan untuk tingkat sangrai medium adalah
di atas 200 oC. Untuk tingkat sangrai gelap adalah di atas 205 oC
(Mulato, 2002). Perubahan sifat fisik dan kimia terjadi selama
proses penyangraian, menurut Ukers dan Prescott dalam Ciptadi dan
Nasution (1985) seperti swelling, penguapan air, tebentuknya
senyawa volatile, karamelisasi karbohidrat, pengurangan serat
kasar, denaturasi protein, terbentuknya gas sebagai hasil oksidasi
dan terbentuknya aroma yang karakteristik pada kopi. Swelling
selama penyangraian disebabkan karena terbentuknya gas-gas yang
sebagian besar terdiri dari kemudian gas-gas ini mengisi ruang
dalam sel atau pori-pori kopi. Senyawa yang membentuk aroma dan
rasa di dalam kopi menurut Mabrouk dan Deatherage dalam Ciptadi dan
Nasution (1985) adalah: 1. Golongan fenol dan asam tidak mudah
menguap yaitu asam kofeat, asam klorogenat, asam ginat dan
riboflavin. 2. Golongan senyawa karbonil yaitu asetaldehid,
propanon, alkohol, vanilin aldehid. 3. Golongan senyawa karbonil
asam yaitu oksasuksinat, aseto asetat, hidroksi pirufat, keton
kaproat, oksalasetat, mekoksalat, merkaptopiruvat. 4. Golongan asam
amino yaitu leusin, iso leusin, variline, hidroksiproline, alanin,
threonin, glisin dan asam aspartat. 5. Golongan asam mudah menguap
yaitu asam asetat, propionat, butirat dan volerat.
Di dalam proses penyangraian sebagian kecil dari kafein akan
menguap dan terbentuk komponen-komponen lain yaitu aseton,
furfural, amonia, trimethilamin, asam formiat dan asam asetat.
Kafein di dalam kopi terdapat baik sebagai senyawa bebas maupun
dalam bentuk kombinasi dengan klorogenat sebagai senyawa kalium
kafein klorogenat. Biji kopi yang disangrai dapat langsung dikemas.
Pengemasan dilakukan dengan kantong kertas, ketika kopi dipisahkan
dari outlet khusus dan digunakan langsung oleh konsumen. Tempat
penyimpanan yang lebih baik serta kemasan vakum diperlukan untuk
mencegah deteriorasi oksidatif jika kopi tidak melewati outlet
khusus. Saat ini digunakan kemasan vakum dari kaleng yang mampu
menahan tekanan yang terbentuk atau menggunakan kantung yang dapat
melepaskan tetapi menerima oksigen (Ciptadi dan Nasution
,1985).
III. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Identifikasi KebutuhanProses
penyangraian merupakan salah satu tahapan yang penting, namun saat
ini masih sedikit data tentang bagaimana proses penyangraian yang
tepat untuk menghasilkan produk kopi berkualitas. Tingkat kualitas
penyangaraian kopi yang masih rendah selain itu efisiensi waktu
penyangraian yang relatif lebih lama jika penyangraian masih
dilakukan dengan cara yang manual, misalnya menyangrai kopi dengan
wajan yang terbuka dan masih menggunakan panas yang dihasilkan dari
kayu bakar sehingga citarasa dan aroma kopi juga kurang baik. Jika
pengadukan tidak dilakukan dengan cepat maka biji kopi yang
disangrai dapat gosong. Alat penyangrai kopi yang ada masih
menggunakan tenaga manusia untuk menggerakan atau memutar tabung
penyangrainya. Suhu dan waktu penyangraian yang belum dapat
menghasilkan sangaraian biji kopi yang optimal.Untuk mengatasi
beberapa masalah yang ditemukan, dibutuhkan alat yang dapat
mempermudah kegiatan penyangraian kopi dan menghasilkan biji kopi
yang berkualitas tinggi baik citarasa dan aromanya. Lama waktu
penyangraian yang relatif lebih cepat dengan suhu yang cukup tinggi
dan hasil sangraian matang merata.Kriteria yang harus dipenuhi alat
yang akan dibuat untuk menyelesaikan masalah tersebut, sebagai
berikut :1. Alat tidak lagi menggunakan pemutar tabung manual
dengan tenaga manusia, sehingga petani kopi hanya mengontrol kerja
alat.2. Penyangraian lebih cepat dan kapasitas tampung alat cukup
banyak3. Mudah dioperasikan
3.2. Spesifikasi Produk Dan Perencanaan Proyek3.2.1.
Identifikasi Pengguna dan KonsumenAlat ini diharapkan dapat
digunakan petani kopi dalam proses penyangraian untuk menghasilkan
mutu kopi produksi rumahan yang baik dan bernilai ekonomis tinggi.
Alat ini dapat digunakan oleh pemula dan mahir.
3.3. Perancangan Konsep Produk3.3.1. Konsep produkAlat
sebelumnya, penyangraian kopi hanya menggunakan satu silinder . Di
sini kami merancang alat baru dengan memodifikasi alat menjadi dua
silinder, silinder satu ada di luar sedangkan silinder ke dua ada
di bagian dalamnya . pada perancangan produk ini, silinder tabung
luar dibuat tidak bergerak sedangkan pada silinder tabung dalam
berputar. Pada bagian dalam silinder dalam terdapat ulir yang
berfungsi untuk mengaduk biji kopi pada saat penyangraian. Pemanas
menggunakan satu kompor dengan bahan bakar gas. Untuk tabung gas
bisa dipakai dalam ukuran apa saja. Kompor yang berfungsi sebagai
sumber api diletakkan di bawah silinder. Dalam alat ini menggunakan
thermostat dan selenoid yang digunakan untuk menstabilkan suhu di
dalam tabung. Termostat terletak pada tabung penyangrai, sedangkan
selenoid terletak di didekat sumber api. Sebagai penggerak,
digunakan motor listrik yang berfungsi untuk memutar tabung bagian
dalam yang kecepatannya dapat diatur dangan menggunakan reducer.
Reducer dipasang pada poros tabung. Reducer yang digunakan
berbentuk gir yang dihubungkan dengan menggunakan rantai pada motor
listrik. Sehingga kecepatan putar silnder dapat disesuaikan dengan
yang dibutuhkan.Pintu masuk diletakkkan di bagian ujung atas dekat
dengan reducer. Lubang pintu berbentuk segi empat dengan tutup
terbuat dari plat besi dengan model pintu geser. Lubang pemasukan
tabung dalam dengan tabung luar dipasang sejajar. Supaya letak
pintu bisa sejajar maka diberi tanda pada ujung poros dan bagian
ujung tabung berupa garis lurus pada keduanya.Pintu keluar
diletakkan pada ujung tabung lainnya yang berlawanan dengan pintu
masuk.Silinder dalam. Pintu berbentuk melingkar mengikuti lingkaran
silinder dalam yang dihubungkan menggunakan poros bolong dan
menyatu pada pintu keluar dan bagian ujungnya terletak di luar
tabung. Bagian ujung poros yang keluar dari tabung berfungsi
sebagai pegangan. Pada bagian tersebut dipasang bahan isolator yang
tahan terhadap panas. Tabung akan menutup apabila pintu didorong,
dan akan membuka apabila ditarik. Silinder luar. Pintu terletak di
bagian ujung bawah silinder. Lubang berbentuk segi empat yang
letaknya tepat di bawah pintu silinder dalam. Pada pintu keluar
diberi saluran untuk memudahkan penampungan kopi.Pada alat ini
menggunakan dua sumber energi yaitu motor listrik dan gas. Motor
listrik sebagai penggerak tabung dan kompor gas sebagai sumber
panas tabung penyangrai.
3.4. Perancangan ProdukPada perancangan produk ini, memiliki
tahapan tahapan sebagai berikut:3.4.1. Desain dan Pemilihan
BahanPada tahap ini dilakukan perancangan alat penyangrai kopi dan
menentukan bahan-bahan konstruksi yang akan digunakan pada alat
penyangrai kopi tersebut.3.4.2. Perakitan AlatPada tahap ini
dilakukan perakitan bagian-bagian alat sehingga menjadi unit alat
penyangrai kopi silinder ganda horizontal putar dengan pengaduk
tipe ulir.3.4.3. Pengujian alat penyangrai kopiPengujian
dimaksudkan untuk mengetahui apakah alat penyangrai kopi bekerja
sesuai dengan prosedur atau tidak. Dimana pengujian ini nantinya
akan menghasilkan data spesifikasi alat penyangrai kopi yang dapat
dievaluasi.3.4.4. Pengumpulan dataData yang dikumpulkan dalam
penelitian ini yaitu kebutuhan daya, kapasitas teoritis, kapasitas
efektif dan efisiensi kerja alat.3.4.5. Pengolahan dan analisis
dataData yang diperoleh dari pengukuran pada saat penelitian akan
diolah dan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.5. Evaluasi Produk3.5.1. Kebutuhan Daya (Watt)Menurut Khurmi
dan Gupta (1999), kebutuhan daya pada benda putar menggunakan rumus
sebagai berikut :P=.(1)Keterangan:P= Daya yang dibutuhkan untuk
memutar pulley yang digerakkan (Watt)F= Gaya yang bekerja pada
pulley yang digerakan (N)R= Jari-jari pulley (m)N= Putaran permenit
(rpm)
3.5.2. Kapasitas TeoritisKapasitas teoritis diperoleh dengan
menggunakan persamaan matematis yang telah dimodifikasi (Muin,
1986) sebagai berikut:KT=P=..(2)Keterangan:KT=kapasitas teoritis
(Kg/jam)TG= tebal mata ulir (m)TK= tinggi kontak (m) P= massa jenis
bahan (Kg/m3)Rpm= kecepatan putaran permenit (rpm)O= diameter ulir
(m)N= jumlah ulirN= jumlah pengaduk
3.5.3. Kapasitas Efektif (Kg/jam)Menurut Standar Nasional
Indonesia (SNI) 7850 (2010), Kapasitas kerja efektif suatu alat
adalah perbandingan antara massa suatu bahan terhadap waktu kerja
alat.KE= (3)
Keterangan:KE= Kapasitas Efektif (kg/jam)W= Berat kopi yang
disangrai (Kg)T= Waktu yang dibutuhkan dalam penyangraian
(detik)
3.5.4. Efisiensi Kerja MesinMenurut Daywin et al. (1984),
sfisiensi kerja mesin ditentukan dengan membandingkan antara
kapasitas kerja efektif terhadap kapasitas kerja teoritis yang
dinyatakan dalam
persen(%).EF=........................................................................(4)Keterangan:EF=
Efisiensi kerja mesin (%)KE= Kapasitas efektif (kg/jam)KT=
Kapasitas Teoritis (kg/jam)
3.5.5. Konsumsi Bahan Bakar LPGMenurut SNI 7580 (2010), komsumsi
bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut
:FC=..(5)Keterangan:FC= konsumsi bahan bakar (L/jam)FV= volume
bahan bakar yang dipakai (L)t= waktu (jam)
3.5.6. Tingkat KematanganPerubahan-perubahan warna terjadi
secara berturut-turut dari hijau atau coklat muda menjadi kayu
manis lalu hitam dengan permukaan berminyak. Bila kopi sudah
berwarna kehitaman dan mudah pecah (retak), maka penyangraian
segera dihentikan dan kopi segera diangkat lalu didinginkan.
Perubahan warna biji kopi menjadi coklat ini disebabkan karena
terjadinya karamelisasi karbohidrat yang terkandungdalam kopi
akibat penggunaan suhu yang sangat tinggi dalam proses
penyangraian.
IV. LAMPIRANLampiran 1. Diagram alir perencanaan penelitian
Lampiran 2. Gambar Alat