Jenis dan fungsi alat pengecil ukuran biasanya dibedakan berdasarkan tujuan pengecilan ukuran dan bahan yang dikecilkan. Dikenal ada 3 kelompok alat pengecil ukuran, yaitu :
a) Alat pengecil ukuran bahan berserat tinggi (cutter, gratter)
b) Alat pengecil ukuran bahan kering (grinder)
c) Alat pengecil ukuran bahan pembentuk cair (emulsifer dan homogenizer).
Secara rinci, jenis dan fungsi masing-masing alat tersebut adalah sebagai berikut :
a) Jenis dan Fungsi Alat Pengecil Ukuran bahan Berserat Tinggi (Cutter, Gratter)
Jenis alat pengecil ukuran yang beredar di pasar pada dasarnya bekerja dengan mengunakan prinsip gaya mekanis. Gaya mekanis tersebut meliputi gaya tumbukan “impact”, gaya geser “shear”, gaya tekan dan pemotongan”cutting”.
Agar dapat mengoperasikan alat pengecil ukuran dengan tepat, maka terlebih dahulu perlu dipahami bagian-bagian alat dan prinsip kerja masing-masing alat.
Beberapa contoh alat pengecilan ukuran berdasarkan jenis dan fungsinya diterapkan dalam industri pengolahan hasil pertanian yaitu: (1) Pemotong (Cutter)
Alat ini berguna untuk pekerjaan-pekerjaan:
(a) Membuang sisik ikan dan membuat fillet.
(b) Mengupas kulit buah dan sayur-sayuran serta kulit hewan sembelihan seperti daging.
Ada dua jenis cutter yaitu pisau pemotong dan pisau pengupas masing-masing mempunyai fungsi sebagai berikut : (a) Pengupas (peeler)
Alat ini digunakan untuk mengupas kulit buah-buahan dan sayur-sayuran seperti mangga, wortel kentang dan mentimun.
(b) Pisau pemotong
Pisau ini berguna untuk memotong, membelah, membuang sisik ikan, mencincang daging, dan juga dapat digunakan untuk mengupas buah dan sayuran serta hasil pertanian lainnya. Ada beberapa bentuk pisau pemotong yang dibuat secara khusus dengan desain tertentu. Penggunaan pisau tersebut biasanya sangat spesifik yaitu untuk komoditas tertentu.
Contoh pisau yang didesain secara khusus, antara lain adalah:
- Pisau Kobis
Pisau ini digunakan untuk membelah dan memotong kobis. Ujung pisau melengkung seperti sabit. Prinsip kerjanya dengan jalan dipukul dan ditarik.
-Pisau Cincang
Digunakan untuk mencincang daging yang akan diolah, pisaunya tebal berat dan lebar. Prinsip kerjanya dengan jalan dipukulkan pada bahan.
- Pisau pengiris (slicer)
Alat ini banyak digunakan untuk mengiris buah dan sayur serta jenis umbi-umbian. Produk yang dihasilkan berbentuk lembaran tipis.
- Pembersih sisik ikan
Alat ini sangat praktis penggunaannya, tinggal di gesek berlawanan dengan sisik ikan, semua sisik ikan akan terlepas dan masuk kedalam penampang plastiknya.
Beberapa hal penting yang diperoleh dengan dilaksanakan perawatan terhadap alat tersebut adalah memperlambat kerusakan, mempertahankan fungsi kegunaan, keawetan serta keamanan dari suatu fasilitas. Dengan demikian perawatan merupakan hal yang penting untuk mempertahankan lamanya jangka waktu pemakaian dari suatu fasilitas.
Cutter biasanya dirawat dengan cara mencuci/membersihkan cutter dari sisa-sisa bahan yang menempel. Penyimpanan cutter dilakukan ditempat kering, dan mempertahankan agar pisau tidak tumpul, maka harus sering diasah.
(2) Pemarut (Gretter)
Alat ini ada yang bersifat multi guna dan ada yang khusus. Namun penggunaan alat ini pada umumnya untuk pemarutan ketela pohon, dan buah kelapa yang akan diambil patinya atau ekstraknya. Jenis alatnya adalah pisau berputar (rotary knife cutter). Pisau ini umumnya digunakan untuk keperluan pemarutan ubi kayu. Untuk pembuatan tepung, biasanya digunakan pisau yang permukaannya seperti gergaji besi, sedangkan untuk pemarutan kelapa, pisau tersebut diganti dengan paku pendek dengan silinder dari kayu.
Prinsip kerja alat ini adalah dengan menekan bahan pada sebuah silinder yang pada permukaannya dilengkapi dengan parut. Silinder digerakan oleh sebuah motor, sehingga terjadi perajangan/pemarutan bahan.
Yang perlu diperhatikan dalam perawatan alat pemarut, yaitu:
(a) Sendi/dudukan dari bagian-bagian yang berputar setiap kali perlu diberi pelumas agar tidak mudah aus.
(b) Apabila gigi parut telah aus perlu dibongkar/dilepas, kemudian dibalik dengan bagian yang bergigi luar. Apabila kedua gigi telah aus, maka parut diganti dengan yang baru.
(c) Cucilah setelah dipakai dengan membongkar blok mesin tersebut yang mudah dibongkar.
b) Jenis dan Alat Pengecil Ukuran Pada Bahan Kering (Grinder/ Penggiling)
Dalam industri pengolahan hasil pertanian proses penggilingan merupakan proses yang paling banyak dilakukan. Mekanisme terjadinya pemecahan bahan disebabkan karena adanya tekanan pada bahan. Pada titik kritis, tekanan yang diberikan akan diserap oleh bahan sebagai energi penekan, sehingga mengakibatkan bahan pecah, pecahnya bahan akan mengikuti bidang belahan sesuai dengan sifat bahan.
Faktor yang berpengaruh dalam proses penggilingan adalah :
(1) Jenis bahan yang dihancurkan,
(2) Kadar air bahan,
(3) Kecepatan masuknya bahan,
(4) Daya yang tersedia, dan
(5) Tingkat kehalusan bahan yang dikehendaki
Beberapa contoh alat penggilingan yang digunakan dalam proses pengolahan hasil pertanian, yaitu:
(1) Hammer mill. (2) Burr mill
(3) Jaw crusher (4) Gyratory crusher
(5) Roll mill
Dalam industri pengolahan hasil pertanian proses penggilingan merupakan proses yang sering dilakukan. Ada beberapa jenis / tipe alat penggilingan dan fungsinya adalah sebagai berikut: (1) Hammer Mill
Hammer mill dipergunakan untuk berbagai macam pekerjaan penggilingan. Alat ini bekerja dengan prinsip memukul.
Hammer mill terdiri dari silinder logam dengan diameter 20-30 cm. pada silinder tersebut dipasang pisau untuk mengiris buah yang masuk.
Keuntungan pemakain alat ini, yaitu :
(a) Cocok untuk gerusan berukuran sedang dan kasar,
(b) Mudah diatur, bebas kerusakan akibat benda asing dan umpan,
(c) Tidak menimbulkan kerusakan bila dioperasikan dalam keadaan kosong.
Sedangkan kerugian pemakaian alat ini :
(a) Hasil penggilingan tidak seragam,
(b) Kebutuhan daya tinggi,
(c) Biaya rawat tinggi.
Pada alat ini tingkat kehalusan hasil diperoleh dengan cara mengatur besarnya lubang saringan.
Alat ini dilengkapi dengan beberapa buah pemukul (palu) yang berputar pada suatu sumbu dan saringan. Bahan dimasukkan dalam alat kemudian akan terpukul berulang-ulang sampai hancur, selanjutnya bahan akan keluar melalui saringan dibagian bawah. Alat ini berfungsi untuk menghancurkan buah-buahan sehingga menjadi bubur.
Pemeliharaan harus dilakukan secara terus-menerus dalam rangkaian proses pengembangan fasilitas, dimulai dari tahap perencanaan, operasional dan evaluasi. Alat ini dapat dipelihara dengan cara:
(a) membersihkan silinder/ruang proses dari sisa-sisa bahan.
(b) memberi minyak pelumas pada sendi-sendi/dudukan dari bagian yang bagian yang bergerak/berputar.
(c) mengendorkan sabung penghubung dan proses setelah selesai dipakai.
(2) Burr Mill
Alat ini sering disebut dengan “disc mill”. Burr mill/disc mill yang terdiri dari dua buah piringan atau lebih. Pada burr mill satu piringan yang berputar sedangkan piringan lain tetap, atau keduanya berputar tetapi berlawanan arah.
Keuntungan pemakaian alat ini :
(a) biaya awal rendah,
(b) hasil penghancuran relatif seragam.
(c) kebutuhan tenaga rendah.
Sedangkan kerugian pemakaian alat ini, adalah :
(a) mudah rusak akibat benda asing,
(b) pengoperasian tanpa bahan dapat meruak alat,
(c) alat penggiling mudah aus. Burr mill sangat cocok untuk operasi yang memperoleh hasil gilingan berukuran kasar dan sedang.
Alat ini bekerja dengan prinsip sebagai berikut: setelah bagian alat yang sudah terpasang dengan benar dan motor penggerak telah dihidupkan, maka dengan gerakan tersebut lempeng batu akan berputar, dan karena adanya gigi transmisi serta adanya umpan (bahan masuk), maka akan terjadi penghancuran bahan, yang selanjutnya mengalir ke luar melalui lubang pengeluaran. (3) Jaw Crusher
(3) Jaw Crusher
Alat ini digunakan untuk menghancurkan zat padat (bahan hasil pertanian), dengan kecepatan rendah.
Pada prinsipnya alat ini terdiri dari sebuah rahang yang statsioner dan rahang yang bergerak. Gerakan roda disebabkan oleh perputaran roda penggerak, dan akibat adanya bahan yang dimasukan ke dalam alat, maka bahan tersebut menjadi hancur.
Pada saat roda penggerak berputar, maka pivot (1) dan rahang bergerak (2) dapat membuka dan menutup, rahang (4) dalam kondisi tetap tidak bergerak. Pada waktu terjadi gerakan menutup, bahan masuk ke dalam ruang antara kedua rahang dan terbentur oleh permukan rahang yang keras (3) sehingga bahan dapat hancur. Bahan-bahan yang telah hancur akan keluar melalui lubang pengeluaran (9).
(4) Gyratori Crusher
Alat ini sama dengan jaw crusher, dimana rahang penghancurnya berbentuk silinder. Rahang pencampur terletak pada proses yang dapat berputar cepat atau lambat, sesuai dengan besarnya rongga yang terjadi antara bahan yang dihancurkan dengan rahang penghancur.
Prinsip kerja alat ini adalah : bahan dimasukan ke dalam ruang penghancur yang berbentuk V melalui lubang pemasukan. Selanjutnya mesin dijalankan sehingga rahang penghancur “crushing head” dapat berputar, maka terjadi gesekan antara bahan yang dihancurkan dengan rahang penghancur. Akibatnya bahan menjadi hancur. Bahan-bahan yang telah hancur, akan jatuh ke dasar mesin dan akhirnya jatuh melalui lubang pengeluaran.
Perawatan alat ini dilakukan dengan cara membersihkan sisa-sisa bahan yang telah dihancurkan atau kotorang lain yang menempel pada bagian mesin dan memeriksa secara berkala keadaan rahang penghancur, agar tetap bekerja dengan baik, menyiapkan atau menempatkan mesin di tempat yang kering dan aman. (5) Roll Mill
(5) Roll Mill
Alat ini berguna untuk merubah gabah menjadi beras pecah kulit. Bagian-bagian alat, terdiri dari lubang pemasukan (roll hopper), pengatur masuknya gabah (lead roller), pengatur clearance (roll adjusting handle) dan silinder karet (rubber roller).
Untuk menghindari slip pada belt penggerak, stall motor penggerak, dan rusaknya spi, maka mesin ini pada waktu start awal sebaiknya tidak diberi beban.
Prinsip kerja alat dengan bahan roda penggerak roda gigi akan berputar, dan bahan yang dihancurkan diletakan diantara dua gigi dan plat yang keras (3), sehingga terjadi proses penghancuran. Bahan-bahan yang telah hancur akan keluar melalui lubang pengeluaran (4).
c) Jenis dan Alat Pengecil Ukuran Bahan Pembentuk Cair (Emulsifier dan Homogenizer)
Istilah emulsifier dan homogeniser sering digunakan untuk peralatan yang menghasilkan emulsi. Emulsifikasi adalah bentuk emulsi yang stabil dengan campuran dua atau lebih cairan yang berbeda dimana fase terdispersi yang berbentuk butiran kecil menyebar dalam fase kontinyu. Homogenisasi merupakan proses
pengecilan ukuran (menjadi 0,5-30µm) dan meningkatkan jumlah, dari partikel padat atau cair pada fase terdispersi dengan menggunakan tekanan.
Homogenisasi dan emulsifikasi digunakan untuk merubah sifat fungsional dan kualitas makan dari bahan pangan, serta memiliki sedikit dan/atau tanpa efek nilai gizi atau daya simpan. Contoh produk emulsifikasi diantaranya margarin, salad cream dan mayonnaise, sosis daging, es krim dan cake.
Ada 2 tipe emulsi cair, yaitu: (1) Minyak dalam air (oil in water, o/w), contohnya susu. (2) Air dalam minyak (water in oil, w/o), contohnya margarin.
Kedua contoh tersebut merupakan sistem emulsi sederhana, dan emulsi yang lebih kompleks terdapat pada produk es krim, sosis daging dan cake.
Stabilitas emulsi ditentukan oleh:
(1) Tipe dan jumlah emulsifying agent atau emulsifier,
(2) Ukuran globula dalam fase terdispersi,
(3) Tekanan pada permukaan globula,
(4) Viskositas fase kontinyu,
(5) Perbedaan densitas antara fase terdispersi dan fase kontinyu.
Homogenisasi adalah proses mengecilkan ukuran butiran pada fase terdispersi dan emulsifier yang ada didalamnya atau yang ditambahkan. Penurunan tekanan permukaan antara fase dan mencegah penggabungan butiran (tingginya tekanan permukaan antara fase terdispersi dan fase kontinyu, lebih sulit untuk membentuk dan menjaga kestabilan emulsi). Emulsifier memerlukan energi yang rendah dalam membentuk emulsi.
Protein dan fosfolipid bertindak sebagai emulsifier, tetapi dalam proses pangan digunakan juga bahan sintetik (seperti ester dari gliserol atau ester sorbitan dari asam lemak) yang lebih efektif dan biasa digunakan. Emulsifier sintetik dikelompokkan menjadi tipe polar dan non-polar. Apabila terdapat kelompok polar didalamnya yang mengikat air, maka akan membentuk emulsi air dalam minyak (w/o). Emulsifier non-polar akan diikat oleh minyak menghasilkan emulsi minyak dalam air (o/w).
Ada 5 jenis homogeniser, yaitu:
(1) High speed mixer,
(2) Pressure homogenisers,
(3) Colloid mills,
(4) Ultrasonic homogenisers,
(5) Hydrosear homogenisers and microfluidisers.
(1) High Speed Mixer
High speed mixers menggunakan turbin atau propeler untuk campuran awal emulsi dari cairan yang viskositasnya rendah. Cara kerjanya dengan menggunting bahan pangan pada tepi dan ujung pisau.
(2) Pressure Homogenisers
Pressure homogenisers terdiri dari pompa dengan tekanan tinggi pada 10.000-70.000 x 103 Pa. Saat cairan dipompa melalui celah kecil yang disesuaikan (sampai 300 µm) antara katup dan dudukan katup, dengan tekanan yang tinggi akan menghasilkan cairan dengan kecepatan tinggi (80-150 m/det). Dalam beberapa bahan pangan, misalnya produk susu, mungkin distribusi emulsifier tidak cukup menutupi permukaan bentuk yang baru,
yang menyebabkan globula lemak menggumpal. Katup kedua selanjutnya digunakan untuk memecah kelompok globula. Pressure homogenisers biasa digunakan sebelum proses pasteurisasi dan sterilisasi UHT dari susu, dan dalam produksi salad creams, es krim serta beberapa soups dan saus.
(3) Colloid Mills
Colloid mills merupakan disc mill dengan jarak disc yang kecil (0,05-1,3 mm) antara disc yang tidak bergerak dan disc vertikal yang berputar pada 3.000-15.000 rpm, akan menghasilkan tekanan pemotongan yang tinggi dan lebih efektif dari pada pressure homogenisers untuk cairan dengan viskositas tinggi. Dengan cairan berviskositas menengah, cenderung menghasilkan butiran dengan ukuran besar dibanding yang dihasilkan pressure homogenisers. Banyaknya disain piringan, termasuk bentuk datar/flat, berombak dan kerucut, tersedia untuk aplikasi yang berbeda. Modifikasi desain termasuk dua piringan yang berputar berlawanan atau intermeshing pin pada permukaan piringan akan meningkatkan proses pemotongan. Untuk makanan dengan viskositas tinggi (seperti peanut butter, pasta daging atau ikan) piringan dapat disusun horizontal seperti pada paste-mill.Gesekan besar dihasilkan pada makanan yang kental sehingga alat penggiling ini didinginkan dengan sirkulasi air.
(4) Ultrasonic Homogenisers
Ultrasonic Homogenisers menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi (18-30 kHz) menyebabkan siklus tekanan dan tegangan bergantian pada cairan dengan viskositas rendah dan rongga gelembung udara, akan membentuk emulsi dengan ukuran butiran 1-2 µm. Dua fase emulsi dipompa melalui homogeniser pada tekanan 340-1400 x 103 Pa. Energi ultrasonik dihasilkan oleh pisau logam yang bergetar, freksuensi getaran dikontrol dengan mengatur posisi penjepit dari pisau. Homogeniser ini digunakan untuk menghasilkan emulsi pada salad creams, es krim, synthetic creams, makanan bayi dan essential oil. Juga digunakan untuk menyebarkan tepung pada cairan.
(5) Hydrosear Homogenisers dan Microfluidisers.
Hydrosear homogenisers merupakan ruang berbentuk dua kerucut dengan pipa pemasukkan bahan makanan pada pusat dan pipa pengeluaran pada akhir setiap kerucut. Bahan makanan berbentuk cairan dimasukkan dalam ruangan pada kecepatan tinggi dan dibuat berputar yang meningkatkan lingkaran kecil dan meningkatkan kecepatan sampai mencapai pusat dan dikeluarkan. Perbedaan kecepatan antara lapisan yang berdekatan pada cairan menyebabkan tekanan pemotongan yang tinggi, yang bersama getaran rongga dan frekuensi sangat tinggi, memecah butiran pada fase terdispersi menjadi sekitar 2-8 µm. Tipe yang sama dari peralatan, disebut microfluidiser beroperasi dengan memompa cairan ke dalam ruangan dan menyebabkan pemotongan dan perputaran saat berinteraksi dan menghasilkan butiran dengan ukuran diameter kurang dari 1 µm, dalam ukuran terbatas.
