## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index

## STUDI PENGARUH TEMPERATUR ROASTING DAN KECEPATAN UDARA TERHADAP KINERJA MESIN ROASTING FLUID-BED BIJI KOPI
Muhammad Syaukani a* , Gilang Handi Wibowo a , Fajar Perdana Nurullah a , Teuku Meurah Indra Riayatsyah a
a Program Studi Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Institut teknologi Sumatera, Jl. Terusan Ryacudu, Way Huwi, Kec. Jati Agung, Kabupaten Lampung Selatan, Lampung 35365, Indonesia
*Corresponding authors at: Email: muhammad.syaukani@ms.itera.ac.id (M.Syaukani) Tel.: +62895-0660-1990
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 15 Januari 2024 Direvisi pada 04 Februari 2024 Disetujui pada 20 Februari 2024 Tersedia daring pada 02 Maret 2024
Kata kunci: Roasting, biji kopi, temperatur roasting, fluid-bed.
Keywords: Roasting, coffee bean, roasting temperature, fluid-bed.
A B S T R A K
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  mesin fluid-bed  roaster biji  kopi dengan variasi temperatur roasting dan kecepatan udara. Sampel yang digunakan adalah biji kopi robusta dengan kadar air rata rata 13% dan massa 100 gram. Variasi temperatur roasting yang digunakan yaitu 200 ℃ , 210 ℃ , 220 ℃ dan 230 ℃ . Kecepatan udara yang divariasikan  sebesar  3  m/s,  3,5  m/s  dan  4  m/s.  Tingkat  kematangan  biji  kopi  hasil roasting yang  ingin  dicapai  adalah  pada  tingkat medium  roast dan dark  roast. Hasil penelitian menunjukkan bahwa temperatur roasting sebesar 230℃ dan kecepatan udara 4 m/s adalah variasi parameter terbaik untuk mendapatkan tingkat kematangan medium roast dan dark roast . Tingkat kematangan medium roast dicapai pada waktu roasting 16,41  menit,  laju  penguapan  air  sebesar  0,001  kg/menit  dengan  kadar  air  biji  kopi sebesar 2,6%. Tingkat kematangan dark roast memerlukan waktu roasting selama 20,40 menit,  laju  penguapan  air  sebesar  0,0012  kg/menit  dengan  kadar air  1,73%. Roasting uniformity yang terbaik yaitu pada tingkat kematangan medium roast sebesar 82,25%, sedangkan dark roast sebesar 81,7%. Laju perpindahan panas adalah 4709,71 W dengan koefisien perpindahan panas sebesar 94,97 W/m 2 .K.
A B S T R A C T
This investigation was carried out with the purpose of determining the effectiveness of a coffee  roaster  machine  of  the  fluid  bed  type  with  a  number  of  different  roasting parameters  (or  parameters).  The  samples  that  were  utilised  in  this  examination  were robusta coffee beans that had a mass of one hundred grammes and an average moisture content of thirteen percent. Variations in maturity level, temperature, and air velocity are the variables that are utilised in the process of evaluating the operating performance of this fluid bed roasting machine. The temperature is changed in four different ways: 200 degrees Celsius, 210 degrees Celsius, 220 degrees Celsius, and 230 degrees Celsius. The airspeed ranged from 3.0 metres per second to 3.5 metres per second to 4.0 metres per second. When it comes to the maturity level of medium and dark roasts, the ideal roasting maturity speed is roasting with a temperature of 230 degrees Celsius for 16.41 minutes with a moisture content of 2.6% for medium doneness, and 20.40 minutes with a  moisture  content  of  1.73%  for  dark  roast  maturity  level.  The  highest  uniformity  of 85.25% was attained by the air flow rate of 4.0 metres per second throughout the test. Additionally, the heat insulation value was 4709.71 watts, and the heat absorber value was 94.97 watts per square metre..

## 1. PENGANTAR
Kopi  merupakan  salah  satu  tumbuhan  yang  menjadi  sumber  pendapatan  di  Indonesia.  Produksi  kopi  semakin bertambah  setiap tahunnya  dengan  total  produksi  kopi  di  Indonesia  diperkirakan  sebesar  729.074ton  pada  tahun  2019  (Direktorat  Jenderal  Perkebunan, 2019). Pertumbuhan produksi kopi di Indonesia berpengaruh pesat terhadap peningkatan konsumsi kopi di Indonesia. Menurut data United State Department of Agriculture (USDA), pertumbuhan konsumsi kopi di Indonesia mencapai 7,77% selama rentang waktu 2015-2018 (Triyanti, 2016). Biji kopi tidak bisa langsung dikonsumsi, melainkan harus dilakukan pengolahan menjadi bentuk akhir berupa bubuk. Pengolahan biji kopi sampai menjadi bubuk melewati dua proses, yaitu pengolahan kopi primer dan sekunder. Pengolahan kopi primer meliputi penyortiran buah kopi yang sehat, pengupasan kulit buah kopi, pengemasan dan penyimpanan. Sedangkan pengolahan sekunder
pada kopi yaitu proses pengeringan (drying), proses roasting dari biji kopi green bean menjadi roast bean, dan penggilingan (grinding) menjadi biji kopi menjadi bubuk kopi (Budiyanto dkk., 2021).
Proses pengolahan kopi sendiri tidak terlepas dari (roasting). Proses roasting dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut dengan roaster . Pada umumnya mesin roasting dibedakan menjadi dua yaitu drum roaster dan fluid-bed roaster . Drum roaster merupakan mesin roasting kopi  berbentuk  silinder  berputar  dengan  panas  yang  disalurkan  melalui  proses  konduksi.  Sedangkan fluid-bed  roaster merupakan mesin roasting kopi yang beroperasi menggunakan prinsip fluidisasi yang memanfaatkan udara sebagai penghantar panas dan juga sebagai pengaduk kopi (Safitri dkk., 2019). Fluidisasi adalah suatu keadaan ketika terdapat material bertumpuk yang bergerak karena adanya  aliran  udara  yang  melewati  tumpukan  sehingga  material  tersebut  memiliki  sifat  seperti  fluida  (mengalir).  Fluidisasi  sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan tekanan udara yang melewati tumpukan material (Mulato, 2018). Kecepatan udara pada fluid-bed roaster biji kopi direkomendasikan sebesar 5 m/s pada penelitian (Rahayuningtyas dkk., 2023). (Putra dkk., 2019) menggunakan kecepatan udara pada proses fluid-bed roaster sebesar 2,5 m/s. Kecepatan udara yang digunakan perlu dipertimbangkan karena akan berpengaruh terhadap proses  fluidisasi  biji  kopi  selama  proses roasting .  Kecepatan  udara  yang  rendah  akan  menyebabkan  fluidisasi  tidak  terjadi,  sedangkan kecepatan udara yang terlalu besar dapat menyebabkan biji kopi matang lebih cepat hingga menjadi hangus sehingga akan menurunkan kualitas biji kopi hasil roasting. Selain itu, kecepatan udara disesuaikan juga dengan kapasitas mesin fluid-bed roaster yang digunakan serta kapasitas biji kopi yang akan dilakukan proses roasting (Eko dkk, 2015). Proses roasting merupakan inti dari pembentukan karakteristik rasa dan aroma kopi dan kualitas kopi. Terdapat tiga faktor yang harus  diperhatikan  selama  proses roasting untuk  menghasilkan  biji  kopi roasting yang  berkualitas  yaitu  temperatur roasting ,  waktu roasting ,  metode pengadukan  serta  kadar  air  yang  sesuai  menurut  SNI  (Widodo dkk.,  2015).  Berdasarkan  temperatur roasting ,  tingkat kematangan  dibedakan  menjadi  3  yaitu ligh  roast,  medium  roast,  dan  dark  roast .  (Widodo  dkk.,  2015)  melakukan  proses roasting menggunakan prototipe mesin roasting tipe fluid-bed roaster dengan sampel biji kopi 300 g dan waktu roasting yang konstan 10 menit. Hasil Penelitian menunjukkan bahwa temperatur yang dibutuhkan bergantung pada tingkat kematangan yang diinginkan yaitu 200℃ (light roast), 220℃ (medium roast), dan 230℃ (dark roast) . (Selling Coffee Online , 2022) menyatakan bahwa proses roasting terdiri dari drying, browning, dan smoking dengan  temperatur ideal  roasting berturut-turut  adalah  200-220℃,  220-240℃,  dan  240-260℃.  Temperatur roasting juga akan mempengaruhi kandungan chlorogenic acid yang berfungsi sebagai antioksidan sehingga akan berpengaruh terhadap kualitas biji kopi (Misto dkk., 2022).
Pada saat proses roasting terjadi kehilangan berat kering karena terjadi penguapan kadar air  yang akan mempengaruhi kualitas kopi    hasil roasting .  Kehilangan  berat  kering  berhubungan  langsung  dengan  temperatur  dan  lama  waktu roasting .  Proses roasting dibedakan menjadi dua yaitu HTST ( High Temperatur Short Time ) dan LTLT ( Low Temperatur Long Time ). (Putra dkk., 2019) melakukan penelitian menggunakan mesin fluid-bed roaster menggunakan metode roasting dengan proses HTST dan LTLT dengan sampel kopi green bean sebesar 1 kg. Penelitian tersebut menyatakan bahwa pada proses HTST, pada kecepatan udara 2,5 m/s dan temperatur udara 250℃ akan membutuhkan waktu roasting 5 menit dengan nilai laju perpindahan panas ( 𝑞 ) sebesar 3399,63W. Sedangkan proses proses LTLT, kecepatan udara 2,5 m/s dan temperatur udara 220℃ membutuhkan waktu roasting 12  menit  dengan  nilai  laju  perpindahan  panas  ( 𝑞 ) sebesar 3091,49 W.
Berdasarkan  uraian  di  atas  maka  penelitian  ini  akan difokuskan pada  kinerja  mesin fluid-bed  roaster. Hal  ini  dikarenakan  data penelitian  yang  menggunakan  mesin fluid-bed  roaster mengenai  proses roasting yang  tepat  untuk  menghasilkan  biji  kopi roasting berkualitas masih terbatas. Penelitian yang ada hanya menunjukkan proses roasting untuk menghasilkan biji kopi roasting yang berkualitas menggunakan mesin fluid-bed roaster . Sehingga penelitian perlu dilakukan untuk menganalisis proses roasting biji kopi berdasarkan kadar air yang ditinjau dari karakteristik fisik.

## 2. METODE PENELITIAN
Kinerja mesin fluid-bed roaster biji kopi diuji dengan melakukan roasting biji kopi mentah menjadi biji kopi matang yang siap untuk proses grinding menjadi bubuk kopi. Parameter uji yang divariasikan yaitu temperatur roasting dan kecepatan udara selama proses roasting . Dari pengujian ini, kualitas hasil roasting biji kopi dapat ditentukan berdasarkan tingkat kematangan yang dilihat dari warna biji kopi. Dengan demikian, hasil pengujian ini dapat mengetahui parameter operasi mesin fluid-bed roaster yang tepat untuk menghasilkan biji kopi roasted sesuai dengan kualitas yang diinginkan. Selain ittu, pengujian kinerja mesin ini juga akan menganalisis aspek perpindahan panas yang terjadi selama proses roasting . Karena perpindahan panas merupakan faktor penting yang menentukan kualitas biji kopi roasted dan menilai kinerja dari mesin fluid-bed roaster .

## 2.1  Asumsi dan ruang lingkup penelitian
a. Sampel yang digunakan adalah biji kopi green bean jenis kopi robusta yang tersedia di daerah tempat penelitian dilakukan. Massa sampel biji kopi green bean 100 g dan kadar air rata-rata 13% sebelum proses roasting dilakukan.
b. Kadar air biji kopi maksimal setelah proses roasting yang diperbolehkan menurut SNI (01- 3542-2004) adalah 7% (Suseno dkk., 2020)
c. Jenis mesin roasting biji kopi yang digunakan adalah fluid-bed roaster dengan spesifikasi sebagai berikut:
Bahan chamber
= Pelat stainless steel Volume chamber penampung kopi = 10x10x20 (panjang x lebar x tinggi)
Heater = Heating element 1600 W Blower = Blower NRT 260W, 3000 rpm Power Supply = AC 220 V
d. Variasi temperatur yang digunakan pada saat pengujian adalah 200℃; 210℃; 220 ℃; dan 230℃.
e. Variasi laju aliran udara yang digunakan pada saat pengujian keseragaman hasil roasting adalah 3 m/s; 3,5 m/s; dan 4 m/s.
f. Waktu pengujian perubahan warna kematangan dilakukan selama 10 menit.
g. Mode perpindahan panas yang dominan adalah perpindahan panas konveksi.
h. Korelasi  bilangan Nusselt yang  digunakan untuk  analisis  laju  perpindahan  panas  yaitu  kasus  fluidisasi non-isothermal antara partikel solid dan gas.
i. Dimensi biji kopi diasumsikan dalam bentuk bola.
j. Heatloss pada saat proses roasting diabaikan.

## 2.2 Desain Skema Alat dan Sistem Pengujian
Desain mesin fluid-bed roaster pada penelitian ini terdiri dari 5 komponen utama, yaitu sebagai berikut:
1. Roasting Chamber → ruang untuk biji kopi mentah yang akan dilakukan proses roasting.
2. Airflow inlet ducting → saluran udara masuk dilengkapi dengan thermocouple dan anemometer.
3. Heater chamber → ruang pemanas yang terdapat komponen pemanas untuk memanaskan udara bertekanan yang melewatinya.
4. Connecting tube → komponen sambungan antara saluran udara yang disuplai oleh fan blower dengan saluran inlet yang akan masuk ke heater chamber
5. Fan Blower → komponen untuk menyuplai aliran udara bertekanan untuk proses roasting.
Fluida bertekanan yang dihasilkan oleh fan-blower mendorong panas yang dihasilkan oleh heater yang kemudian memanaskan udara. Udara panas tersebut kemudian mendorong kopi sehingga kopi berputar dan berotasi yang mengakibatkan kopi memiliki sifat fluida ( Fluidism). Temperatur udara masuk akan ditangkap oleh thermocouple yang kemudian disesuaikan dengan temperatur yang diinginkan Skema pengujian dari mesin fluid-bed roaster dapat dilihat pada Gambar 2.

## 2.3 Parameter Pengujian Kinerja Mesin Fluid-bed Roaster
1. Perpindahan Panas Konveksi
Parameter  penting  untuk  mencari  perpindahan  panas  konveksi  paksa  eksternal  adalah  menentukan  koefisien  konveksi  rata-rata yang diperoleh menggunakan korelasi bilangan Nusselt rata-rata yang diasumsikan dapat berlaku untuk  kasus fluidisasi selama proses roasting . Korelasi bilangan Nusselt (𝑁𝑢 𝐷 ̅̅̅̅̅̅) diformulasikan seperti pada Persamaan 1 (Incropera and DeWitt, 2017) berikut ini.
𝑁𝑢 𝐷 ̅̅̅̅̅̅ = 2 + (0,4. 𝑅𝑒 1 2 + 0,06. 𝑅𝑒 2 3 )𝑃𝑟 0,4 ( 𝜇 𝜇𝑠 ) 1 4
(1) Gambar 2. Skema sistem pengujian mesin fluid-bed roaster Gambar 1. Desain mesin fluid-bed roaster Heater Chamber Thermocouple Anemometer Valve Blower Blower Coffee bean Thermocouple Connecting Tube Connecting Tube
Bilangan Prandtl (Pr),  μ,  bilangan Reynolds (Re)  ditentukan  dari  sifat  udara  pada  temperatur  rata-rata  keluar  dan  masuk ΔT ̅̅̅̅ =(T in +T out )/2 roasting  chamber ,  sedangkan  μ s pada  temperatur  permukaan  biji  kopi  (Ts).  μ  dan  μ s merupakan  viskositas dinamik. Bilangan Reynolds dapat dicari menggunakan Persamaan 2 (Incropera and DeWitt, 2017) di bawah ini.
𝑅 𝑒 = 𝑉𝐷𝑐𝑏 𝑣 (2)
Dimana ν adalah viskositas kinematik, V adalah kecepatan udara yang melewati roasting chamber, sedangkan D cb adalah diameter hidrolik sejumlah biji kopi yang terdapat di dalam roasting chamber . Sehingga D cb dapat ditentukan menggunakan pendekatan Persamaan 3 (Putra dkk., 2019) di bawah, Dimana ∀ Cb adalah volume total sejumlah biji kopi yang selama proses roasting.
D cb = ( 6∀Cb π ) 1 3 (3)
Kemudian, koefisien konveksi rata-rata roasting biji kopi (h ̅) dapat ditentukan menggunakan Persamaan (Incropera and DeWitt, 2017). k menyatakan nilai konduktivitas termal udara yang diperoleh dari sifat udara pada ΔT ̅̅̅̅ .
h̅ = Nu D ̅̅̅̅̅̅ k Dcb (4)
Nilai perpindahan panas proses roasting (qr) dapat dicari menggunakan Persamaan 5 (Incropera and DeWitt, 2017), Dimana A cb adalah luas area sejumlah biji kopi yang terdapat di dalam roasting chamber , sedangkan ∆T lm diperoleh menggunakan Persamaan 6 (Incropera and DeWitt, 2017) .
q r = h̅A cb ∆T lm (5)
∆𝑇 𝑙𝑚 = (𝑇𝑠−𝑇𝑖𝑛)−(𝑇𝑠−𝑇𝑜𝑢𝑡)
𝑙𝑛[ 𝑇𝑠−𝑇𝑖𝑛 𝑇𝑠−𝑇𝑜𝑢𝑡 ] (6)

## 2. Kadar Air Biji Kopi Hasil Roasting
Kadar air merupakan banyaknya kandungan air per satuan massa kopi. Kadar air biji kopi green bean berkisar 11-13%. Kadar air biji  kopi  akan  mengalami  penurunan  saat  temperatur  mengalami  peningkatan.  Perlakuan  panas  saat  proses roasting sangat berpengaruh pada kadar air kopi roast bean Menurut Coffee and Cocoa Training Center, kadar air biji kopi roast been bervariasi dari 1-4% tergantung pada bahan yang digunakan, tingkat kematangan, waktu roastin g, dan proses pendinginan (Mulato, 2018). Kematangan roast bean tingkat medium roast memiliki kadar air 2-3% sedangkan pada tingkat dark roast kadar airnya berkisar 1- 2%. Nilai ini lebih rendah dibanding SNI (01-3542-2004) yaitu nilai batas maksimum untuk kadar air adalah 7%. Penurunan kadar air  pada  kopi  dikarenakan  adanya  penguapan  sejumlah  uap  air  yang  terkandung  dalam  rentang  waktu  tertentu  selama  proses roasting .  Besarnya  laju  penguapan  air  yang  terkandung  di  dalam  biji  kopi  selama  proses roasting dirumuskan  menggunakan Persamaan 7 (Santoso dkk., 2023) di bawah ini. m i adalah massa kopi green bean , sedangkan m f adalah massa kopi hasil roasting.
𝑚̇ 𝑎 = 𝑚𝑖−𝑚𝑓 𝑡 (7)

## 3. Tingkat Kematangan Biji Kopi Hasil Roasting
Menurut (National  Coffee  Association  (NCA) ,  2023),  tingkat  kematangan roast  bean dibedakan  menjadi  beberapa  tingkat kematangan, yaitu sebagai berikut:
(a)
(b) (c)
Gambar 3. Tingkat kematangan roast bean . (a) light roast, (b) medium roast, (c) dark roast
a. Light Roast
Pada tingkat ini biji kopi berwarna coklat kekuningan, karakternya ringan dari sisi biji dan tidak memiliki lapisan minyak di permukaan. Tingkat kematangan light roast ini mengandung kafein lebih tinggi dari tingkat kematangan lainya.
b. Medium Roast
Tingkat medium roast memiliki kandungan gula alami dan sudah mulai berkaramel, serta tingkat keasaman mulai menurun. Kualitas  kopi  pada  tingkat  ini  sangat  menonjol  untuk  dilakukan  proses roasting .  Hal  ini  karena  tingkat  kematangan  ini  telah muncul rasa, aroma, dan kandungan chlorogenic acid pada biji kopi.

## c. Dark Roast
Pada tingkat dark  roast memiliki karakteristik warna cokelat gelap  menuju kehitaman, memiliki lapisan minyak pekat di permukaan yang dapat terlihat pada permukaan cangkir ketika kopi sudah diseduh. Rasa pahit menjadi lebih menonjol dari pada asam, aroma dan karakter rasa semakin berkurang.

## 4. Roasting Uniformity
Roasting  uniformity atau  keseragaman roasting dapat  dianalisis  melalui  visual  melalui  persentase  keseragaman  yang  dapat diketahui dari  selisih  antara  massa  biji  kopi  hasil  roasting  dengan  massa  biji  kopi hasil roasting yang  memiliki  warna  berbeda terhadap waktu roasting. Biji kopi yang disangrai tidak merata adalah biji kopi yang menunjukkan warna lebih terang atau lebih gelap  dibandingkan  dengan  keseluruhan  (Taqwim  dkk.,2018).  Keseragaman  hasil  sangrai  dapat  diketahui  degan  menggunaan Persamaan 8 (Paramida dkk., 2022) di bawah ini. c f adalah massa akhir biji kopi, dan w nub adalah massa biji kopi yang memiliki warna kematangan yang tidak merata.
𝑅𝑜𝑎𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑈𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑡𝑦 = (𝐶𝑓−𝑊𝑛𝑢𝑏) 𝐶𝑓 × 100% (8)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Tingkat Kematangan Biji Kopi Hasil Roasting
Proses roasting menggunakan 4 variasi temperatur, yaitu 200 ℃, 210 ℃,220 ℃, dan 230 ℃ dengan kecepatan udara konstan yaitu 4  m/s  waktu  roasting 10  menit. Proses  menuju kematangan  sangrai  biji  kopi yang  dipengaruhi oleh  temperatur  dan  memiliki  beberapa tahapan warna yang telah digolongkan kedalam tingkat kematangan tertentu. Tabel 1 menunjukkan tingkat kematangan biji kopi hasil roasting pada berbagai variasi temperatur roasting.
Tabel 1. Tingkat Kematangan Roast Bean Pada Beberapa Variasi Temperatur Roasting T (℃)  t (menit)  V (m/s) Pengamatan visual Tingkat Kematangan 200 10 4 Light 210 10 4 Light 220 10 4 Light 230 10 4 Light
Dari gambar di atas biji kopi hasil roasting untuk setiap variasi temperatur tidak menunjukan perbedaan tingkat kematangan yang signifikan. Hal ini disebabkan oleh perbedaan variasi temperatur yang digunakan tidak berbeda jauh jika diuji pada waktu r oasting dan kecepatan udara yang konstan. Hasil penelitian ini sesuai dengan penelitian (Sasongko dkk., 2018) yang menyatakan bahwa perbandingan antara setiap variasi temperatur yang tidak terlalu tinggi akan menghasilkan perbedaan kecerahan warna dan uniformity kematangan hasil roasting yang tidak signifikan saat proses awal roasting dilakukan. Namun, tingkat kematangan hasil roasting yang ingin dicapai pada
kondisi medium roast dan dark roast membutuhkan waktu yang lebih lama yaitu lebih dari 10 menit. Tabel 2 menunjukkan merupakan warna kematangan hasil roasting pada tingkat medium roast dan dark roast untuk berbagai variasi temperatur roasting.
Tabel 2 . Warna Biji Kopi Hasil Roasting Pada Tingkat Kematangan Medium Roast Dan Dark Roast
Temperatur
Medium Roast Dark Roast 200℃ 210℃ 220℃ 230℃

## 3.2 Laju Penguapan Air Selama Proses Roasting
Laju  penguapan  air  selama  proses roasting diperoleh  dari  pengujian  menggunakan  kecepatan  udara  sebesar  4  m/s.  Sedangkan variasi  temperatur roasting yang  digunakan,  yaitu  200℃, 210℃, 220℃,  dan  230℃.  Laju  penguapan  air  pada  tiap  variasi  temperatur diketahui dari perubahan massa biji kopi selama waktu roasting .  Waktu roasting yaitu waktu yang dibutuhkan oleh biji kopi green bean menjadi roast bean dengan tingkat kematangan medium roast dan dark roast . Sampel biji kopi green bean yang digunakan adalah jenis robusta.   Kadar  airnya  yaitu 13% yang diperoleh  dari  pengukuran  kadar  air  rata-rata  sebelum pengujian  dilakukan.  Hal  ini  juga  sesuai dengan penelitian (Alhabsy dkk., 2021) yang menyatakan bahwa kadar air biji kopi jenis robusta yaitu 11-13%.
Gambar 4 menunjukkan bahwa laju penguapan air pada biji kopi meningkat seiring variasi temperatur yang digunaka. Semakin besar temperatur yang digunakan maka semakin besar laju penguapan air yang terjadi. Pada temperatur 200℃, laju penguapan massa air sebesar 0,00068 kg/menit dan 0,00095 kg/menit berturut-turut untuk tingkat kematangan medium roast dan dark roast . Pada temperatur 210℃, laju penguapan massa air meningkat menjadi 0,0008 kg/menit dan 0,001 kg/menit berturut-turut untuk tingkat kematangan medium roast dan dark roast . Pada tingkat kematangan dark roast perubahan laju penguapan air tidak signifikan atau dapat dikatakan relatif tetap yaitu memiliki kadar air 1,7%. Dengan demikian, kenaikan temperatur roasting di atas 220℃ tidak memberikan pengaruh yang besar untuk menghilangkan kadar air pada biji kopi hasil roasting . Namun, pada tingkat kematangan medium dark , laju penguapan air masih mengalami peningkatan jika temperatur roasting ditingkatkan hingga 230℃. Laju penguapan air paling rendah yaitu pada temperatur 200℃ sebesar 0,00068 kg/menit untuk tingkat kematangan medium roast dan 0,00095 kg/menit untuk tingkat kematangan dark roast . Sedangkan laju penguapan air paling tinggi terdapat pada temperatur 230℃ yaitu 0,001 kg/menit untuk tingkat kematangan medium  roast dan  0,0012 kg/menit  untuk  tingkat  kematangan dark  roast .  Dengan  demikian,  dapat  dikatakan  bahwa  peningkatan  laju  penguapan  air  biji  kopi berbanding lurus dengan temperatur roasting.
Gambar 4. Laju penguapan air biji kopi terhadap temperatur roasting pada tingkat kematangan medium roast dan dark roast
Tingkat  kematangan  hasil roasting biji  kopi  yang  ingin  dicapai  juga  harus  mempertimbangkan  waktu roasting. Grafik  yang menunjukan pengaruh temperatur roasting terhadap waktu roasting berdasarkan tingkat kematangan medium roast dan dark roast dapat dilihat pada Gambar 5. Tingkat kematangan hasil roasting yang terbaik yaitu pada temperatur roasting sebesar 230℃. Pada temperatur roasting 230℃ tingkat kematangan medium dark dan dark roast hanya membutuhkan waktu berturut-turut sekitar 16,41 menit dengan kadar air 2,6% dan 20,40 menit dengan kadar air 1,73%. Data yang didapat menunjukan bahwa semakin besar temperatur yang digunakan untuk mencapai tingkat kematangan yang diinginkan maka waktu yang dibutuhkan untuk melakukan proses roasting akan semakin singkat. Hal  ini  sesuai  dengan  penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh  (Sutarsi  dkk.,  2016).  Tingkat  kematangan  yang  ingin  dicapai  perlu mempertimbangkan waktu roasting sebagai acuan untuk melakukan proses roasting yang efisien karena akan berpengaruh terhadap energi listrik yang dibutuhkan selama roasting berlangsung.
Gambar 5 Hubungan antara waktu dengan temperatur roasting

## 3.3 Roasting Uniformity
Saat  proses  roasting berlangsung,  biji  kopi  juga  akan  mengalami  penurunan berat  fisik,  kadar  air  dan  perubahan  warna  karena adanya  perlakuan panas.  Biji  kopi  hasil  roasting  yang berkualitas  adalah  biji  kopi  dengan  warna kematangan  yang  seragam (uniform) . Beberapa hal yang mempengaruhi roasting uniformity warna kematangan kopi, yaitu ketidakseragaman kadar air, dan fpengadukan biji kopi  selama  proses  roasting.    Pada fluid-bed  roaster, pengadukan  dibantu  oleh  udara  yang  dihembuskan  dari blower melalui heater sehingga dapat membantu proses perpindahan panas yang terjadi selama roasting berlangsung. Pengujian roasting uniformity bertujuan untuk mengetahui kecepatan udara yang lebih efektif sebagai acuan menentukan parameter proses roasting . Gambar 6 menunjukkan bahwa roasting uniformity tertinggi 81,7% untuk mencapai tingkat kematangan d ark roast dan 82,25% medium  roast pada  kecepatan  udara  sebesar  4  m/s.  hal  ini  karena  kopi  temperatur  udara  yang  mengalir  pada  kecepatan  tersebut  akan mengakibatkan biji kopi dapat berotasi dengan baik mengimbangi temperatur udara yang besar sehingga roasting uniformity cukup baik. Roasting uniformity yang diperoleh paling kecil dibandingkan lainnya yaitu dengan nilai 78,5% untuk kematangan dark roast dan 80,5%
0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001 0.0011 0.0012 0.0013 195 200 205 210
215 220 225 230 235 𝑚 ̇ 𝑎 𝑖𝑟 (k g/m en it ) Temperatur Roasting (℃) Medium Roast Dark Roast
12 14 16 18 20 22 24 26 28 190 200 210 220 230 240 W ak tu (m en it ) Temperatur (℃) Medium Roast
Dark Roast
untuk kematangan medium roast. Hal ini karena pada kondisi tersebut kopi tidak berotasi sempurna. Kecepatan yang rendah menimbulkan dorongan udara yang lemah sehingga beberapa sisi kopi terbakar dan memiliki warna lebih gelap yang disebabkan oleh temperatur tinggi. Namun, kondisi tersebut tidak diimbangi oleh rotasi kopi yang baik sehingga berdampak pada  beberapa bagian kopi memiliki wana yang lebih terang dibanding lainnya. Hal ini juga karena ada beberapa bagian kopi tidak mendapatkan perlakuan panas yang sempurna. Pada laju aliran udara 3,5 m/s, kopi dapat berotasi dengan baik dan nilai keseragaman yang didapatkan lebih besar dari laju aliran udara 3 m/s. Namun, terdapat beberapa bagian biji kopi yang terlihat lebih terang dari biji kopi lainya. Selain itu, keccepatan udara sebesar 3 m/s dan 3,5m/s memerlukan waktu roasting yang lebih lama dibandingkan kecepatan udara 4 m/s. Kecepatan udara pada 4 m/s memiliki roasting uniformity yang paling besar. Hal ini sesuai dengan penelitian (Mojica dkk., 2010) yang menyatakan bahwa perlakuan panas yang tinggi harus diimbangi oleh rotasi yang tinggi juga karena semakin tinggi kecepatan udara yang digunakan maka nilai non-uniformity selama proses roasting yang didapatkan akan semakin rendah. Uniformity hasil roasting dapat dilihat pada Gambar 7 berikut ini.
Gambar 6. Non-uniformity hasil roasting
Roasting uniformity juga dipengaruhi oleh faktor eksternal yaitu kesalahans selama proses sortir sampel biji kopi, seperti dimensi kopi yang berbeda dan kadar air biji kopi yang tidak seragam. Menurut (BSN, 2008), secara umum biji kopi digolongkan menjadi 3 ukuran yaitu ukuran besar, sedang dan kecil. Biji kopi yang memiliki ukuran lebih kecil akan lebih cepat mengalami perubahan warna kematangan serta penurunan kadar air sehingga akan muncul beberapa biji kopi yang memiliki warna lebih gelap. Setiap kadar air biji kopi berbeda- beda dikarenakan terjadinya proses perlakuan yang mengakibatkan warna kematangan tidak uniform . Hal ini sesuai dengan penelitian (Sary dkk., 2017) yang menyatakan bahwa proses roasting adalah proses perlakuan panas untuk menurunkan kadar air biji kopi. Biji kopi yang memiliki kadar air tinggi akan membutuhkan waktu roasting yang lebih lama sehingga setelah proses roasting akan menimbulkan warna yang lebih cerah dan mempengaruhi nilai roasting uniformity (Raja dkk, 2018).
Gambar 7. Pengaruh kecepatan udara terhadap uniformity roasting

## 3.4 Karakteristik Perpindahan Panas Selama Proses Roasting
Karakteristik perpindahan panas selama proses roasting perlu dikaji untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur roasting dan kecepatan  udara  yang digunakan  terhadap  proses  roasting  yang optimal.  Aliran udara  panas pada biji kopi  di  dalam roasting  chamber diasumsikan sebagai aliran laminar. Bilangan Reynolds (Re) dan bilangan Nusselt (Nu) merupakan parameter yang menentukan besarnya koefisien perpindahan panas konveksi (h) yang merupakan faktor yang mempengaruhi laju perpindahan panas. Gambar 8-9 menunjukkan hubungan  antara  temperatur roasting dan  kecepatan  udara  terhadap  karakteristik  perpindahan  panas  yaitu  laju  perpindahan  panas  (q), bilangan Reynolds (Re) dan koefisien perpindahan panas (h).
72 74 76 78 80 82 84 86 2.7 2.9 3.1 3.3
3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 Ro a stin g Un if o rmity (% ) Kecepatan Udara (m/s) Medium Roast
Dark Roast
Gambar 8 merepresentasikan pengaruh temperatur roasting dan kecepatan aliran udara terhadap Re dan h. Pada kecepatan 3 m/s, nilai Re dengan temperatur roasting sebesar 200℃, 210℃, 220℃, dan 230℃ berturut-turut adalah 772,6; 766,9; 763,3; dan 754,87. Re pada kecepatan udara 3,5 m/s dengan variasi temperatur roasting dari yang terendah sampai tertinggi adalah 898,91; 897,16; 891,60 dan 879,34.  Sedangkan  pada  kecepatan  udara  4  m/s  Re  yang  dihasilkan  adalah  1024,52;  1019,76;  1013,48  dan  1002,67  terhadap  variasi temperatur roasting dari 200-200℃. Hasil tersebut menunjukkan semakin besar temperatur roastin g akan menurunkan Re pada kecepatan udara yang sama, tetapi penurunannya tidak signifikan. Namun, Re akan mengalami perubahan yang besar jika kecepatan udara selama proses roasting semakin besar. Perbedaan tersebut dapat terlihat pada temperatur roasting tertinggi yaitu 230℃ nilai Re dengan variasi kecepatan udara 3 m/s, 3,5 m/s dan 4 m/s sebesar 754,87; 879,34. 1002,67.
Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan udara selama proses roasting berdampak besar terhadap Re yang dihasilkan. Re menentukan besarnya nilai h berdasarkan dari persamaan 1 dan 4. Pada kecepatan 3 m/s nilai h pada temperatur roasting sebesar 200℃, 210℃, 220℃, dan 230℃ yaitu 80,24 W/m 2 K; 80,95 W/m 2 K; 81,36 W/m 2 K, dan 82,47 W/m 2 K. Pada kecepatan udara 3,5 m/s dengan variasi temperatur roasting dari  yang  terendah  sampai  tertinggi,  h  yang  dihasilkan  berturut-turut  yaitu  86,56  W/m 2 K,  86,78  W/m 2 K,  87,38  W/m 2 K,  dan 88,86W/m 2 K. Sedangkan pada kecepatan udara 4 m/s menghasilkan nilai h  yaitu 92,47 W/m 2 K, 93,18 W/m 2 K, 93,55 W/m 2 K, dan 94,97
W/m 2 K terhadap variasi temperatur roasting dari 200-230℃. Hal tersebut menunjukkan bahwa nilai h dipengaruhi oleh temperatur roasting dan  kecepatan  udara  selama roasting dilakukan.  Semakin  besar  temperatur roasting dan  kecepatan  udara  maka  nilai  h  akan  semakin meningkat, dalam hal ini rentang nilai h bervariasi mulai dari yang terendah sebesar 80,24 W/m 2 K hingga yang tertinggi yaitu 94,47 W/m 2 K pada proses roasting fluid-bed roaster. Hasil ini juga telah sesuai dengan penelitian S.A Putra, Dkk (2019) dan Clarke R.J, Dkk(2001) yang menyatakan bahwa koefisien perpindahan panas (h) pada fluid-bed roaster berkisar antara 40-120 W/m 2 K.
Laju  perpindahan  panas  (q)  dapat  diketahui  pengaruhnya  terhadap  temperatur roasting dan  kecepatan  udara  berdasarkan  pada Gambar  9. Pada  kecepatan  3  m/s,  nilai  q  dengan  temperatur roasting sebesar  200℃,  210℃,  220℃,  dan  230℃  berturut-turut  adalah 3504,66 W, 3603,55 W, 3712,69 W, dan 4003,60 W. Nilai q pada kecepatan udara 3,5 m/s dengan variasi temperatur roasting dari yang terendah sampai tertinggi adalah 3830,59 W, 3914,92 W, 4013,65 W, dan 4353,87 W. Sedangkan pada kecepatan udara 4 m/s, nilai q yang dihasilkan  adalah  4144,93  W,  4258,33  W,  4381,28  W  dan  4709,71  W  terhadap  variasi  temperatur roasting dari  200-230℃.  Laju perpindahan panas yang terbaik yaitu pada kecepatan udara 4 m/s. Selain itu, temperatur roasting juga dapat meningkatkan laju perpindahan panas yang terjadi selama proses roasting. Dengan demikian, hasil tersebut menunjukkan bahwa kecepatan udara dan temperatur roasting sangat  berpengaruh  terhadap  laju  perpindahan  panas  selama  roasting  berlangsung.  Laju  perpindahan  panas  menjadi  parameter  penting untuk menghasilkan kualitas r oast bean yang diinginkan dengan waktu roasting yang efisien. Hal ini dikarenakan laju perpindahan panas akan menentukan hasil roasting biji kopi yang ingin dicapai baik pada kondisi medium roast maupun dark roast.
Gambar 8. Pengaruh temperatur roasting dan kecepatan aliran udara terhadap Re dan H
80 82 84 86 88 90 92 94 96 720 770 820 870 920 970 1020 1070 200 210 220 230 h (W /m 2 .K) Bil aln g an Rey n o ld (Re ) Temperatur Roasting (℃)
Re, V = 3 m/s Re, V = 3,5 m/s Re, V = 4 m/s h, V = 3 m/s h, V = 3,5 m/s h, V = 4 m/s
Gambar 9. Hubungan temperatur roasting dan laju perpindahan panas

## 4. KESIMPULAN
Semakin  tinggi  temperatur roasting yang  digunakan  maka  laju  penguapan  air  semakin  tinggi.  Namun,  temperatur roasting berbanding terbalik terhadap waktu roasting yang dibutuhkan. Temperatur roasting terbaik yaitu pada 230℃ yang mampu menghasilkan tingkat kematangan medium roast selama 16,41 menit dengan kadar air 2,6%. Sedangkan tingkat kematangan dark roast dihasilkan selama waktu 20,64  menit  dengan  kadar  air biji  kopi  hasil roasting sebesar  1,73%. Pada proses  roasting fluid-bed  roaster menunjukan bahwa waktu roasting selama 10 menit warna tingkat kematangan hasil roasting berada pada kondisi light roast pada variasi temperature roasting 200-230℃ dan keccepatan udara 4 m/s. Dengan demikian, waktu roasting sebesar10 menit tidak menunjukan perbedaan warna tingkat kematangan roasting yang  signifikan.  Temperatur roasting 230℃  dan  kecepatan  udara  4  m/s  menghasilkan roasting  uniformity pada tingkat  kematangan medium  dark dan roast  dark 82,25%  dan  81,70%.  Laju  perpindahan  panas  selama  proses roasting semakin  besar seiring meningkatnya kecepatan udara dan temperatur roasting. Nilai perpindahan panas tertinggi diperoleh pada variasi temperatur 230℃ dengan kecepatan 4 m/s yaitu 4709,71 W dengan koefisien perpindahan adalah 94,47 W/m 2 K. Sedangkan nilai perpindahan panas terendah temperatur roasting 200℃ dan kecepatan udara 3 m/s yaitu 3504,66 W dengan koefisien perpindahan panas sebesar 80,24 W/m 2 K.

## DAFTAR PUSTAKA
Alhabsy, Moh. F., Lady C., Ch. E. Lengkey., & Maya M.L. (2021). “Perbandingan Mutu Biji Kopi Robusta (Coffea Canephora) Hasil Pengeringan  Secara  Pengasapan  Dan  Penjemuran  Di  Perkebunan  Kopi  Desa  Purworejo  Kabupaten  Bolaang  Mongondow Timur.” Coco 13 (3): 1–11.
BSN. 2008. “Biji Kopi Biji Kopi (SNI 01-2907-2008).” Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
Budiyanto, Damres. U, & Toto. I. (2021). “Karakteristik Fisik Kualitas Biji Kopi Dan Kualitas Kopi Bubuk Sintaro 2 Dan Sintaro 3 Dengan Berbagai Tingkat Sangrai.” Jurnal Agroindustri 11 (1): 54–71.
Direktorat jenderal Perkebunan. (2019). “Statistik Perkebunan Indonesia-Kopi.” Indonesia.
Eko, W., Wahyu, Gigih, A., & Heryoki, Y. (2015). “Kinerja Alsin Sangrai Kopi Tipe Fluidisasi Dan Uji Kualitas Kopi Sangrai.” Jurnal Teknologi Pertanian 16 (2): 117–26. Incropera, Frank P, & David P. (2017). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Eighth Edition. John Wiley & Sons, Inc. M. S. Dr. Ir. Sri Mulato. (2018). “Penyangraian Biji Kopi.” Coffee and Cacao Training Center. 2018. Misto,  M,  N  P  Lestari,  and  E  Purwandari.  2022.  “ Chlorogenic  Acid  Content  of  Local  Robusta  Coffee  at  Variations  of  Roasting Temperature .” Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia 18 (1): 25–32..
Mojica, R.M., Indang, E.K. Peralta, & College Elauria, J.C. (2010). “D esign, Fabrication and Performance Evaluation of a Batch-Type Coffee Roaster for Small-Scale Roasting. ” Philippine Journal of Agricultural and Biosystems Engineering (Philippines) , no. 1: 4122.
NCA. 2023. “ The NCA Complete Guide to Coffee.” National Coffee Association of U.S.A., Inc. 2023.
Paramida, Ocha, Rahmat, F., Syafriandi, & Andriani, L. (2022). “Pengujian Penyangraian Kopi Arabika Dengan Mesin Penyangrai Kopi Tabung Silinder Menggunakan Sumber Panas Listrik.” Jurnal Ilmiah Mahasiswa Pertanian 7 (4): 895–903.
Putra, Satya, A., Umi, H., & Mirwan, A.K. (2019). “Theoretical Study of Fluidization and Heat Transfer on Fluidized Bed Coffee Roaster . ” AIP Conference Proceedings 2097.
Rahayuningtyas, Ari, Cecep, E. A., Fitri, S., Daing, S., Arie, S., Maulana, F., Fina, N., Dede, Z.A., & Dadang. H. (2023). “Evaluation of Fluidized-Bed and Drum Roaster Performance in Roasting of Robusta Green Bean. ” BIO Web of Conferences 69.
3000 3400 3800 4200 4600 5000 195 200 205 210
215 220 225 230 235 q (W ) Temperatur Roasting (℃) V = 3 m/s
V = 3,5 m/s V = 4 m/s
Raja, A.T., Rosyida. P., Supriyadi.  (2018). “Pengaruh Diameter Partikel Dan Ketinggian Unggun Terhadap Fenomena Fluidisasi Yang Terjadi  Pada  Circulating  Fluidized  Bed  Gasifier  Menggunakan  CFD.” Seminar  Nasional  Cendekiawan  Ke  4  Tahun  2018, September 2018: 629–34.
Safitri, Dini, Farhan. N., Webby, S.I. (2019). “Fenomena Coffee Shop Di Kalangan Konsumen Remaja.” Widya Komunika 9 (2): 137. Santoso, Yopi, R., Lathifa, P.A., Muhammad, S., and Gita, J.S. (2023). “Experimental Study of The Potential for Energy Absorption and Drying Time of Coffee Beans Using a Dome Dryer Type Dryer in The Sukmailang Area of Pesawaran Regency.” Journal of Renewable Energy and Mechanics 6 (02): 108–19.
Sary, R. (2017). “Kaji Eksperimental Pengeringan Biji Kopi Dengan Menggunakan Sistem Konveksi Paksa.” Jurnal POLIMESIN 14 (2): 13.
Sasongko I, and Rivai, M. (2018). “Mesin Pemanggang Biji Kopi Dengan Suhu Terkendali Menggunakan Arduino Due.” Jurnal Teknik ITS. 7 (2): 239–44.
Selling  Coffee  Online.  n.d.  “Coffee  Roasting  and  Color.”  Sellingcoffeeonline.Com.  diakses  10  Januari,  (2024). www.sellingcoffeeonline.com.
Suseno, H, N R P Galih, N Hidayati, C Alonto, and M Ir fan. (2020) . SNI Produk Kopi Bubuk. Perpustakaan.Bsn.Go.Id. Sutarsi, Elisa, R., and Iwan, T. (2016). “Penentuan Tingkat Sangrai Kopi Berdasarkan Sifat Fisik Kimia Menggunakan Mesin Penyangrai Tipe Rotari.” Prosiding Seminar Nasional APTA 5 (1): 306–12.
Triyanti,  D.R.  (2016).  “Outlook  Kopi  Komoditas  Pertanian  Subsektor  Perkebunan.” Pusat  Data  Dan  Sistem  Informasi  Pertanian Sekretariat Jenderal , 116.