1I Jurnailimu Pertanian Indonesia, Agustus 2007. him.
93-99Vol.12No.2 ISSN 0853 - 4217 PENJERNIHANNlRA
TEBUMENGGUNAKANMEMBRAN ., ULTRAFILTRASI DENGANSISTEM ALIRAN SILANG
, I Suprihatin1) ABSTRACT CLARIFICATION OFSUGAR CANE JUICE USING
CROSSFLOWMEMBRANE ULTRAFILTRATION Membrane ultrafiltration is one
alternative technology to produce a higb quality cane sugar with
reasonable cost; because its ability to produce abrighter color
andlower impurities as well as sulphur free of product. This
technologycanreduceprocesssteps,chemicalandenergy demand,sothat
theproductioncostispotentially reduced significantly. This
researchwork was aimedto study the performance of variousmembrane
filtrations
intheapplicationforclarifyingsugarcanejuice,coveringtheachievableflux,membranerejectionagainst
impurities, and quality of the filtered juice. The experiments were
conductedaccording to the principle of cross flow usingthree
different transmembranepressures of 0.7,1.4,and2.1bar
andcrossflowrate of 0.42 m/s.
Variousmembraneswerestudiedinthisexperimentsboth'commercialultrafiltrationmembraneand
ultrafiltrationmembranepreparedinourlaboratory.Sugarcanejuicebeforeandafterclarificationwel'e
characterizedbymeasuringthe parametersof brix,
sucroseconcentration,solutioncolor,clarity,andpH.The polisulfone
membrane,whicihwas preparedin our laboratory, produced fluxes
intherange of 25-30l/ml.h at the transmembrane pressures of 0.7-2.1
bar. The membranes increased clarity of the juice from app.10 to
60% of transmitionandreducedcolor up to 80-90%, comparable with the
results of the commercialultrafiltration membrane. Keywords: cane
sugar industry, sugar canejuice clarification, membrane
ultrafiltration I ABSTRAK Membranultrafiltrasimerupakansalahsatu
alternatifteknologiuntukmenghasilkangula
bermututinggidenganbiayarelatif rendah,karena i
aplikasimembranultrafiltrasidalamindustrigula
mampumemperbaikiwarnaproduk,menurunkanI I
kadarbahanpengotor,danmenghasilkanproduk bebasdariunsur
sulfur.Teknologiinijugadiyakini
dapatmemperpendektahapanproses,mereduksi
kebutuhanbahankimiadanenergisehinggabiaya
produkslberpotensidapatdireduksi.Tujuan penelitian ini adalah
mengkaji kinerja berbagai jenis
membranultrafiltrasidalamaplikasfnyauntuk
pemumiannlratebu,mencakupfluksyangdapat dicapai,
nilairejeksimembranultrafiltrasi terhadap bahan pengotor nira, dan
mutu nira yang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan
sesuaidenganprinsip aliran Silang (crossnowj, menggunakan 3 tingkat
tekanan, yaitu0,7,1,4,dan2,1bar danlajuaUrsilang0,42
m/s.Chiniratebusebelumdansesudahfiltrasi
ditentukanmelal!Jipengukurantotalpadatan
1)DepartemenTeknologiIndustriPertallian,Fi,lkultasTeknologi
PertanianInstitut PertanlanBogor.Kampus IPSOarmaga,PO Box220 Bogor
16002. e-mail:[email protected]
terlarut(Brix),kadarsukrosa.(polarisasi),warna
larutan,kejemihan,danpH.Membranultrafiltrasi
polisulfonyangdibuatsendiridilaboratorium mampu menghasilkan fluks
berkisar 25-30 L/m2.jam pada tekanan 0,7-2,1 bar. Membran terse but
mampu meningkatkan nUaikejernihandari 10 menjadi 60%
transmisidanmenurunkanwarnahingga80-90%,
setaradengankemampuanmembranultrafiltrasi komersial. Katakunci:
industrigula,pemurnianniratebu, membran ultrafiltrasi PENDAHULUAN
Gulamerupakansalahsatukomoditasperkebunanyangmempunyaiperanstrategiskarenagula
adalahsalahsatukebutuhanpokokmasyarakat
umumdanindustrimakanan,minuman,danfarmasi.
Kebutuhangulanasionalterusmeningkat,namun
hanyasekitarsetengahdarikebutuhanQuianasianal
dipenuhidariproduksidalamnegeri,selebihnya
dipenuhidariguIaimpor.Industrigulanasionalsaat 94Vol.12 No.2
masihmenghadapiberbagaimasalahbesar,diantaranyaadalahrendahnyamutuproduk
danproduktivitas, sertatingginyabiayaproduksi.Halinimenyebabkan
kinerjadandayasaingindustriguladalamnegeri sangatrendah.
Secarakonvensional,produksiguladimulai dengan tahapanpenggilingan
tebuuntuk memisahkan cairannira(Iarutangula)dariampastebu(bagas).
Setainsukrosa,niratebujugamengadungbahan
pengotorberupabahan-bahannon-gulahingga50%,
sepertigulapereduksi,asamorganik,asamanorganik,asamamino,protein,pati,liIin,gum,mineral
(sepertikalium,magnesium,kalsium,dansilika),
bahanpembentukwarna(klorofil),danbahantersuspensilainnya.Bahanpengotortersebutharus
dipisahkansedinimungkinsebelumniradiproses lebih
lanjutuntukmenghindarimasalahwarna,inversi
sukrosa,peningkatanviskositas,danpembentukar.
molaseyangberlebih.Kuantitasdanmutuproduk
akhirsangatditentukanolehefisiensiprosespemisahanbahanpengotortersebut(Abbaraetal
2007). SalahsatualternatifteknologlyangdewasaInl
diyakinimampumenghasiikanguladenganmutu tinggi dan biayarelatif
rendahadalahmembranfiltrasl (Kasenoet al2002,Abbaraet
at2007,Mathlouthl 2007).Penerapanmembranfiltrasidalamindustri
guladapat,meningkatkanmutuhasil(warnadan
kandunganbahanpengotorrendah,sertabebasdari
unsursulfur).Tekno!ogiinidapatmemperpendek
tahapanproses,mereduks!kebutuhanbahankimia
danenerglsehinggabiayaproduksiberpotensidapat
direduksi.Dalamprosesproduksigulatebu,membran
dapatditerapkanuntukpenjernihanniratebu,jika
membranultrafiltrasi(UF)digunakansebagaipenggantltahapanprosespengapuran,karbonatasi,dan
,sulfitasisehinggapenggunaanbahankimiakapur,
CObdanS02dapatdihindari,sertadihasilkangula putih dengankadar
sulfur rendah. TiJjuanpenelitianin! adalahmengkaji
kinerjaberbagaijenis membranfiltrasiyangdisiapkansendiridi
laboratoriumuntukpenjernihanniratebu.Kinerja
prosesmembrandinilaidaritingkatfluksmembran,
reduksibclhanpengotornira,danmutunirahasH
filtrasi.Kinerjamembrantersebutkemudiandibandingkan
dengankinerjamembran komersial. J.llmu ,Pert.lndones METODE
Bahanutamayang digunakanuntuk peneJitianini adalahnira tebu yang
diperoleh dari batangtebuyang digiling. Tebuyangtelahditebang
segera(kurangdari 24jam)segeradigilinguntukmenghindariterjadinya
inversisukrosamenjadiglukosadanfruktosa.
Sebelumdigiling,tebudibersihkandahuludaridaundaunkeringatautanahyangmenempeluntukmengurangipengotorkasarpadanira.Nirayangdiperolehdaripenggilingan10batangtebudengan
panjang100 an dandiameter7 an sekitar2,5l
nira.Sebelummemasukiprosespenjernihanmenggunakanmembran,niramentahdisaring'terlebih
dahulumenggunakankainsaringuntukmengurangi bebankerjamembran.
Bahanyangdigunakanuntukpenciriannira
adalahtarutantrietanolamin0,1M,Hel0,1M,
alumuniumsulfat0,9M,NaOH4,4M,NaOH0,8%,
danakuades.PencirianniradHakukansesuaidengan
prosedurSNI01-3140-2001/Rev1992(BSN1992).
Peralatanyangdigunakanadalahseperangkatperalatanpengujiankinerjamembran(Gambar1);
spektrofotometerUV-Vis,refraktometerSaccharomat, tabungoptiaJl cell
(kuvet),membranfilter0,4511m, dan. membranfilter holder. r.. ;- ..-
.. -,.. .."' ... _-- ... :-.............. _- .. _ .. _-_....
_--...... _-- ....---1 ,, :, .---------, , i'Permeat,. Membran
Tangki mediumuji Pompa Gambar 1Peralatanujimembranfiltrasluntuk
penjemihan nira Membranyangdikajidalampenelitianini
mencakupmembranyangdibuatsendiridi
laboratorium,bahanbahandasarkitosan,selulosa
asetat,danpolisulfon.Membraniniberbentuk
lembaran(plate)denganluaspermukaanmembran 25cm
2Selainitu,sebagaipembandingdikajijuga
membranultrafiltrasikomersialberbahanpoIiVol.12 No.2
akrilonitril(polyacrylonitrile/PAN)berbentukhollow
fibredengandiameterluar1,2mm,diameterdalam
0,5mm,danukuranpori0,01J.lm.Panjanghollow
fibreberjumlah100denganpanjangmasing-masing
40emsehinggadiperolehtotalluasanluarfibre0,1 m2
atausetaradengan0,0628m2 permukaandalam.
Datateknismembranyangdigunakanuntukpenelitian dapat dilihat pada
Tabel1. TabellSpesifikasiteknismembranyangdigt,;nakan untuk
percobaan Jenis Membran Tipe membron Luas pennukaan membran (cm2)
Bahan Fluks air (Um2,jam) Fluks larutao albumin 500 ppm (Um1.jam)
Polisulfo n12% {PS 121 Plate 25 Polisulfon 387 90 Polisulfo n14%
14) Plate 25 Polisulfon ;340 90 Kitosan 10% Plate 25 Kitosan 45 10
Selulosa asetat 18% Plate 25 Selulosa asetal 171 32 Rejeksi
te:tJadap albumin(%) 94942057
-jSebelumdigunakan,modulmembrandibersihkan
dengancarapembilasanmenggunakanairdistilasi
dengansuhu50Cselama5menituntukmenghilangkanresidupadaalat.Kemudianpembilasan
dilanjutkandenganmenggunakanNaOH0,8%pada suhu50C
secarasirkulasiselama2 menit dan dibilas lagidengan akuades.
Pereobaanpenjernihanniradilakukandengan
caramensirkulasikanniratebuseloma180menit dengan
lajualiransilang(v) 0,42 m/s menggunakan3 tingkat
tekanantransmembran(p),yaitu0,7,1,4 dan 2,1bar
sesuaidenganprinsipaliransilang.Fluksnira berbagal jenis membran
ditentukan untuk mengetahui kemampuanmembrandalammelewatkansejumlah
volumeniratebudanmembandingkankemampuan berbagai jenis membran
tersebut. Pengukurandilakukanterhadapciriumpan(nira
tebu)dancirihasilfiltrasi(permeat),sertaf1uksdan
tingkatrejeksimembranterhadappengotornira.
Parameterciriumpandanhasilfiltrasimeliputitotal
padatanterlarut(Brix),kadarsukrosa(polarisasi),
warnalarutan,kejernihan,danpH.Brix diukur dengan
J.llmu.Pert.lndones95 menggunakanrefraktometer.Polaritasmenunjukkan
jumlahkadarsukrosadalamlarutan.Warnanira
dinyatakandalamsatuanICUMSA(intemational Commission for Uniform
Method ofSugar Analysis). HASIL DANPEM BAHASAN Fluks
Salahsatuparameterpentingkinerjaproses
membranfiltrasiadalahf1uks,karenanilaif1uks
menentukanluasanmembranyangdiper1ukan.Dari
Gambar2terlihatbahwaseiringdenganperubahan
waktuoperasi,nilaifluksnirasemakinmenurun.Hal
initerjadikarenakotoran-kotoranya'ngterdapat
dalamniraberpindahsecarakonvektifmenujuke
permukaanmembranakibataliranpermeatsehingga
dalamniramenutupisebagianpermukaan membran danfluksmenurun.
......._--,50 I -0- PoIisul(oo12%45 40 35E .!!!., 30 25 .t'120 u::
" 15 10 5 0 060120180 Waktu(menlt) Gambar
2Fluksberbagaijenismembran(v0,42mIs,P =0,7 bar untuk
waktuoperasi0-60 menit,P = 1,4 bar untuk
waktuoperasi60-120menit,danp=2,1baruntuk waktu operasi120-180
menit) Padasemuakasusteramatiadanyapenurunan
flukssecaracepatpadaaWolwaktuoperasidan
setelahsekitar30menitf1uksmencapaikondisi
mendekatitunak(f1ukstidakmenurunlebih(anjut).
Padakondisitunakterjadikeseimbanganantaralaju
transporsecarakonvektifkearahpermukaan membrandanlaju transporbalik
difusif daripermukaanmembrankearahaliranutamaumpan.Nilaif1uks
yangdicapaipadakondisidipengaruhiolehjenis
membrandantekanantransmembran.Padatekanan
transmembran0,7bardiperolehflukssekitar25 untuk membranPS14 dan30
untuk 96Vol,12 No.2 membranPS12.Peningkatantekanantransmembran
menjadi1,4 bar dan2,1bar menyebabkanpeningkatannilal
f1uksmenjadlsekltar 33l/mlam untuk PS12 dan30 l/mlam untuk
PS14.Nilaiini jauh lebihtinggl dibanding dengann!lai fluksUF
komersial,yanghanya sekitar3l/mlampadakondisiyangsarna.
RendahnyanilaifluksLlFmembranhollowfibreini disebabkan
olehkeeilnyadiameter dalamfibre (hanya
0,5mm)sehinggaporimembranmudahtersumbat.
Pengubahansistempengaliranumpan,yaitudarisis! luarfibre
danaliranpermeatmenujukedalamfibre/
merupakansalahsatualternatifunfukmengurangi penyumbatanfibre
membran. Sebagaipembanding,padaTabel2 dlsajikannHal
fluksyangdapatdicapaiberbagaijen!smembran
dalamaplikasinyauntukpenjernihannirahasil
peneHtiandariThailand(Promraksaetat.2004).
r-4embranUFdenganMWCO(molecularweigthcutofljlebihdari10kDamenghasilkanfiuksberkisar1416l/m1.jam,sedangkanmembrandenganMWCO
lebihkeeilmenghasilkanflukspermeatrendah.
MembranselulosaasetatdenganMWCO5kDa
menghasilkanf1ukshanyasekitar1l/m2.jam,dan
membranpolisulfondenganMWCO10kDa menghasilkan fluks sekitar
2l/m2.jam. Tabel2Fluksberbagaijen'ismembranultrafiltra5ihasH
penelitian dibandingkan dengan data pustaka Membran UF polisulfon
bualan seNliri: MWCO69kDa Fluks (Ufll2jam)25-30 UF PoIiakn1onltnl
(PAN)komersial: MWCO I Ukuran pOfi Fluks (UroTJ3I11)3-5 UF
poIIsulfon'l; MWCO300kDa100kOa3OkOa10kOa 16,4915,8814,041,98 UF
Triaseta\'l: MWCO2IJkOa10kDa5kDa Auks (UroTjam)21,1332,8362,39 MF
selulosa asetat (CA) dan selulosa nitral (eN) i: UKuran Pori0,2
J.lIn0,2 BallanCNCACA FIuks(UmZjam)21,1332,8362,39 ")Promraksaet
a/.(2004) J .lImu.Pert.lndones
Penelitianmenggunakanmembrankitosan10%
danmembranselulosaasetat18%menunjukkan
bahwaf1uksnirakeduajenismembrantersebut
nilainyasangatkeeil,yaitumaing-masing0,41
l/m2.jamdan0,81l/m2.jam.Halinidisebabkanoleh
adanyafouling,yaitugejalapenyumbatanpori
membranolehbahanpengotorniraatauadanya
interaksiantarabahanpengotorterse butdan
membran.Akibattingginyakeeenderunganterjadinya
fouling,jenismembraninitampaknyatidaksesuai untuk filtrasiniratebu.
Efektivitas Filtrasi
Niramentahhasildar!penggilingantebuberwarnacokelatagakkehltam-hitamankarenamasih
mengandungzat-zat bukangulasepertlkotorankasar
(tanah,halus),danbahantersuspens;(getah,
liiin,bahanorganlknon-sukrosa).Selamafiltrasiterjadipemisahanbahan-bahanyanglebihbesardari
ukuranporimembrandenganbahandenganukuran
leblhkeeildariukuranporimembran.Akibatproses
pemisahantersebut,makaterjadiperubahancirinira
yangditandaiadanyapeningkatankejernihandan penurunan warnanira.
llngkatkejernihan' niradiukurmenggunakan
spektrofotometerdenganpanjanggelombang373
nm,Satuanyangdigunakanadalahpersentransmisi
denganakuadessebagaipembanding(100%).Hasil
penelitianmenunjukkanbahwasetelahmelewati membranfilter
kejernihannirameningkat sangat
berarti.Sebagaicontoh,denganpolisulton12%kejernihannirameningkatdari9,9menjadi63,4%transm!si,
sedangkandenganmembranUFkomersialkejernihan
meningkatdari9,85menjadi64,8%transmisi.
Perbandingankejernihannirasebelumdansesudah
filtrasidisajikanpadaGambar3.Darihasiltersebut
tampakbahwahasllpenjernihandenganmenggunakanmembranyangdisiapkansendiridilaboratorium
sebandingdenganhasllpenjemihandenganmeng gunakan
membranfiltrasikomersial.
Warnapadaniratebudisebabkanolehkotorankotoran(tanah,liIin,lemak)terlarutdantersuspensi
yangterbawapada' proses penggilingan. Warnakristal
gulasangatdipengaruhiolehwarnadankemumian
nira.Semakinrendahwarnacairanumpan,semakin baikwarnagulayangdapat
dihasilkan.Penghilangan Vol.12No.2
warnasecarakonvensionaldilakukandenganafinasi
(pemisahanwarnasecaramekanik),karbonasi,
63.iOJ!! 58.60 60 c 50 c 30 20 W :.::10 o PS12%PS14% Jeflls
Membrafl UF komerslal Gambar3Perbandingankejernihannirasebelumdan
sesudahfiltrasidenganmenggunakanberbagai jenis membran (a)120000
96.642100.QOO g 80.000 E 60.000 40.000 20.000 0 ClSebeIum c5
