INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 3 Nomor 2 Tahun 2023 Page 9723-9730 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Karakteristik Filtrasi Sari Buah Nanas

## Rahmat Sabani
Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri, Universitas Mataram Email: rahmat.sabani@unram.ac.id

## Abstrak
Sari buah nanas adalah minuman yang populer, banyak diminati, bergizi dan memiliki nilai ekonomi tinggi, serta produk industri yang potensial. Salah satu proses penting dalam pembuatan sari buah anas adalah proses filtrasi. Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui karakter filtrasi pada proses pembuatan  sari  buah  nanas.  Penelitian  ini  dilaksanakan  menggunakan  metode  eksperimental dengan  percobaan  di  laboratorium.  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  karakter  filtrasi  sari  buah nanas, adalah filtrasi dengan laju kecepatan menurun, yang diakibatkan oleh karaktek dari buah nanas  yang  bersifat  mudah  mampat  (compresible).  Percobaan  filtrasi  dilakukan  menggunakan diameter  medium  filtrasi  dan  tekanan  yang  berbeda.  Laju  filtrasi  berlangsung  cepat  pada  awal proses filtrasi kemudian menurun menuju konstan. Laju filtrasi meningkat sampai menit keenam dan menit kedelapan, setelah itu mengalami laju kecepatan menurun menuju konstan.
Kata  Kunci:  Nanas, Filtrasi, Laju Kecepatan Menurun

## Abstract
Pineapple juice is a popular drink, much in demand, nutritious and has  high economic value, as well as a potential industrial product. One of the important processes in making anas fruit juice is the filtration process. Research has been carried out to determine the character of filtration in the process of making pineapple juice. This research was carried out using experimental methods with experiments  in  the  laboratory.  The  results  of  this  study  indicate  that  the  filtration  character  of pineapple juice is filtration with a decreasing velocity, which is caused by the compressible character of pineapple fruit. Filtration experiments were carried out using different diameters of filtration media  and  pressures.  The  filtration  rate  is  fast  at  the  beginning  of  the  filtration  process  then decreases towards a constant. The filtration rate increased until the sixth and eighth minutes, after which it decreased to a constant rate.
Keyword: Decreasing Rate, Filtration, Pineapple

## PENDAHULUAN
Salah  satu  faktor  yang  sangat  menentukan  dalam  proses  pembuatan  sari  buah adalah  proses  pemisahan  antara  partikel    padatan  dengan  cairannya,  yang  dapat dilakukan  dengan  suatu  proses  separasi  mekanis.  Filtrasi  merupakan  salah  satu  cara pemisahan secara mekanis. Cara ini banyak digunakan pada berbagai tingkat pengolahan antara lain dalam proses pembuatan  atau pengolahan sari buah (Dong et al., 2009).
Industri pengolahan yang berorientasi pasar, hal penting yang perlu diperhatikan adalah  bagaimana  menjalankan  suatu  operasi  pengolahan  yang  efisien  namun  dapat memberikan hasil yang maksimal. Proses filtrasi sebagai salah satu bentuk kegiatan dalam industri  pengolahan  pangan  dapat  dijalankan  dengan  efisien  dengan  cara memaksimalkan    fungsi  dari  variabel-variabel  yang  ada.  Untuk  dapat  memaksimalkan fungsi variabel-variabel dalam operasi filtrasi maka perlu dipahami dan diketahui prilaku atau karakter dari suatu proses  filtrasi (Wang & Wu, 2009).
Prilaku  filtrasi  tersebut  dapat  dipelajari  pada  tingkat  laboratorium  melalui pendekatan  matematis,  sebagai  dasar  dalam  menjalankan  proses  filtrasi.  Karenanya penting untuk dapat menjelaskan proses filtrasi beserta fungsi dari variabel-variabelnya. Penelitian ini dimaksudkan untuk mempelajari prilaku dari proses filtrasi pada pembuatan sari  buah  nanas.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengembangkan  proses  filtrasi  dan mengaplikasikannya  pada  proses  pembuatan  sari  buah.  Menentukan  tahanan  yang timbul selama proses filtrasi berlangsung, dan mengukur laju filtrasi (Iritani & Katagiri, 2016).

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  ini  adalah  metode  eksperimental  dengan  percobaan  di laboratorium,  dengan  variabel-variabel  tekanan,  diameter  medium  filtrasi,  viskositas  dan konsentrasi. Alat yang dipergunakan dalam penelitian adalah; Instrument Universal Testing Material,  viscosimeter,  turbidimeter,  blender,  perangkat  medium  filtrasi  dengan  berbagai diameter medium filter, timbangan digital, ayakan mess, gelas ukur  (100 ml, 500 ml dan 1000  ml),    stopwatch,  dan  personal  komputer.  Bahan-bahan  yang  dipergunakan  dalam penelitian  ini  adalah;    buah  nanas  segar  varietas  lokal,      Carboximetylcellulose,  kalsium carbonat, pasir halus, dan air.
Percobaan dilakukan dengan  cara menentukan waktu yang dibutuhkan pada setiap pertambahan  volume  filtrat  (dt/dV).  Nanas  yang  telah  diblender  dimasukkan  ke  dalam medium  filtrasi  yang  telah  diletakkan  pada  perangkat  alat  penekan  (instron).  Filtrasi dilakukan dengan memberikan gaya yang ditetapkan, waktu  untuk setiap volume filtrat hasil filtrasi  dicatat, yang dapat dinyatakan dengan persaman:
Dv/dt = V/A × t (p.1)
Dimana dV/t adalah laju filtrasi; V adalah volume filtrat; A adalah luas permukaan filter, dan t adalah waktu. Menurut Charm (1971) dan Earle (2013), laju filtrasi dapat dinyatakan sebagai berikut:
𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 = 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛𝑎𝑛 (p.2)
Gaya  pendorong  yang  menggerakkan  fluida  sehingga  dapat  mengalir  melalui  medium  filter. Menurut Charm (1971), biasanya berupa  tekanan, yang diekpresika sebagai berikut;.
Gaya Pendorong = P.A (p.3)
Selanjutnya  data  yang  diperoleh,  digunakan  untuk  menghitung  nilai  tahanan  (R),  dengan menggunakan persamaan:
𝑅 = 𝑑𝑡 𝑑𝑉 ∆𝑃. 𝐴 𝜇 (p.4)
Tekanan (P) ditentukan, harga m  (viscositas) diukur dengan menggunakan viscosimeter. Charm (1971) memberikan perumusan tentang kecepatan filtrasi yang dihubungkan dengan gaya pendorong dan tahanan. Tahanan terhadap penyaringan atau filtrasi terdiri dari tahanan ampas atau  “filter cake”, Rc dan tahanan medium filter, Rm. Dengan demikian, kecepatan filtrasi dapat dinyatakan sebagai:
𝑑𝑉 𝐴 . 𝑑𝑡 = 𝑃 𝑅𝑐+𝑅𝑚 (p.5)
Pengukuran laju filtrasi untuk masing-masing perlakuan dilakukan dengan cara, bahan yang akan disaring dimasukkan ke dalam  medium filtrasi yang telah diletakkan pada perangkat instron, kemudian instron  dijalankan dengan gaya yang telah ditentukan. Volume filtrat yang diperoleh pada setiap 2 (dua) menit dicatat sehingga diperoleh data jumlah volume filtrat per satuan waktu, yatitu 2,  4,  6,  8,  10 dan 12 menit. Analisis data dan validitas dilakukan dengan cara menguji  linieritas data prediksi dan data observasi, selanjutnya ditentukan nilai koefisien determinasi dan koefisien korelasinya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Laju filtrasi pada berbagai diameter medium filtrasi dapat digambarkan grafik sebagaimana pada  gambar  1,  proses  filtrasi  yang  dijalankan  pada  berbagai  diameter  medium  filtrasi menghasilkan volume filtrat yang berbeda per satuan waktu. Semakin besar luas medium filtrasi maka semakin besar pula  jumlah filtrat yang diperoleh per satuan waktu filtrasi. Proses filtrasi sari buah nanas yang dijalankan pada medium filtrasi yang berdiameter  13.9 cm diperoleh volume filtrat yang lebih besai dibanding dengan volume filtrat yang dihasilkan dari proses filtrasi yang
menggunakan medium filtrasi  yang lebih kecil.
Gambar 1. Grafik Filtrasi Sari Buah Nanas pada Berbagai Diameter Medium Filtrasi
Proses  filtrasi  yang  dijalankan  pada  tekanan  185.331  kPa,  dengan  konsentrasi  slury  nanas sebesar  50%,  pada  suhu  ruang,  medium  filtrasi  diameter  13,9  cm,  dan  berlangsung  selama  12  menit, menghasilkan  volume  filtrat    adalah    7.153,8  cm3.    Pada  Filtrasi  dengan  diameter  filter  11,9  cm, menghasilkan filtrat sebanyak 4.721,7 cm3. Filtrasi menggunakan medium filter dengan diameter 10,1 cm, menghasilkan volume  filtrat sebanyak 3.985,8 cm3. Volume filtrat paling sedikit di dapatkan dari filtrasi menggunakan medium filter 4,5 cm, yaitu sebanyak 782.8 cm3.
Untuk  mengetahui  pengaruh  tekanan  terhadap  karakter  filtrasi  telah  pula  dilakukan  filtrasi menggunakan berbagai tekanan, yaitu; 55.602 kPa, 123.556  kPa, 142.090 kPa, dan 185.331 kPa. Proses filtrasi berlangsung selama 12 menit, menggunakan medium filter berdiameter 4,5 cm, dan konsentrasi konsentrasi slury nanas 50%. Proses filtrasi selama 12 menit, menghasilkan volume filtrat terbanyak yaitu 782.8 cm3. Kemudian filtrasi menggunakan tekanan 142.090 kPa, menghasilkan filtrat sebanyak 667.3 cm3, filtrasi dengan tekanan
Gambar 2. Grafik Laju Filtrasi pada Berbagai Tekanan
Dari data hasil percobaan filtrasi menggunakan diameter medium filter dan tekanan yang berbeda,
diketahui karakter filtrasi pada pembuatan sari buah nanas. Pada filtrasi menggunakan berbagai diameter medium  filtrasi  dan  tekanan,  pertambahan  volume  filtrat,  (dV)  yang  dihasilkan  terbanyak  rata-rata diperoleh pada waktu 2 menit pertama proses filtrasi.
Gambar 3. Laju Filtrasi pada Berbagai Diameter Filter.
Kemudian laju filtrasi meningkat pada menit ke-6 dan menit ke-8, kemudian setelah itu laju filtrasi menurun secara gradual.
Gambar 4. Laju Filtrasi pada Berbagai Tekanan.
Dari Gambar 3, dan Gambar 4,  menunjukkan laju filtrasi pada berbagai diameter medium filter dan berbagai tekanan, terjadi pola laju filtasi dengan kecepatan (dV) menurun. Hal ini terjadi karena karakter slury nanas yang bersifat compresible (Jönsson & Jönsson, 1992) . Semakin besar tekanan yang diberikan pada proses filtrasi, maka semakin cepat terbentuknya “filter cake” menyebabkan berkurangnya porositas medium  filter  dan  secara  berangsur  menyebabkan  berkurangnya  laju  filtrasi  (Case  &  Willis,  1992; Danwanichakul et al., 2016).
Terbentuknya ‘filter cake” yang semakin  menebal di atas medium filter menyebabkan terjadinya resistensi cake, tergantung pada karakteristik suspensi, diantaranya distribusi ukuran partikel,  distribusi ukurannya,  dan  fraksinasi  ukuran  (Demoulin  et  al.,  2022).  Kekuatan  pendorong  yang  berbeda  dan hambatan  (resistensi)    terhadap  pelolosan  cairan  yang  melalui  pori-pori  yang  semakin  menyempit, semakin besar pula (Devor et al., 2017). Hal ini ditunjukkan dari hasil perhitungan nilai hambatan (Rm) dari data percobaan filtrasi, sebagaimana di tunjukkan pada tabel 1. Berikut:
Tabel 1. Tahanan Medium Filter (Rm)
No. Tekanan (kPa) Tahanan Medium Filter (Rm, l/cm) 1. 55.602 120533978.5 2. 123.556 147133627.2 3. 142.090 157644456.6
Dari gambar dan tabel, menunjukkan bahwa walaupun volume filtrat yang diperoleh per satuan waktu  lebih  besar  namun  nilai  tahanan  medium  filter  (Rm)  cenderung  meningkat  sejalan  dengan bertambahnya tekanan yang diberikan dalam proses filtrasi (Demoulin et al., 2022). Semakin besar tekanan yang diberikan semakin besar pula tahanan medium filtrasi (Iritani dan Katagiri, 2016).  Nilai Rm terendah diperoleh dari proses filtrasi pada tekanan 55.602 kPa, sedangkan nilai Rm tertinggi diperoleh dari proses filtrasi pada tekanan 142.090  kPa.
Keadaan tersebut disebabkan  oleh  karena  semakin  besar  tekanan  yang bekerja di atas  medium filtrasi  maka  proses  pembentukan  dan  konsolidasi  ampas  (cake)  di  atas  medium  filtrasi  lebih  cepat berlangsung  (Koenders  &  Wakeman,  1997).  Kekuatan  jaringan  partikel  dan  perilaku  viskoelastik  jus merupakan hasil dari interaksi yang  kompleks antara semua partikel yang dikandung  (Dahdouh et al., 2016). Resistansi spesifik terjadi terhadap filtrasi dan faktor kompresibilitas dari campuran dicirikan oleh sifat  viskoelastik  dengan  perilaku  seperti  padatan  yang  dominan  (Demoulin  et  al.,  2022).  Kondisi  ini menyebabkan  semakin  cepat  berlangsungnya  proses  penyempitan    medium  filtrasi  dan  ruang  antar partikel atau porositas di atas medium filtrasi (Ibarz et al., 1994).  Hal ini Sesuai pula dengan penjelasan Tien et al (1997) yang menyatakan bahwa kompresi yang diakibatkan oleh gaya yang bekerja di atas slurry menyebabkan  struktur  cake  berubah.  Kondisi  tersebut  selanjutnya    menyebabkan  pengurangan permeabilitas filter akibat konsolidasi cake (Sripui et al., 2011), sehingga menyebabkan penyumbatan oleh cake.  Keadaan  tersebut  didukung  pula  oleh  penjelasan  (Boomgaard,  2008),  yang  menyatakan  bahwa tekanan menyebabkan pembentukan struktur berpori dan selanjutnya terjadi deformasi struktur berpori selama pengepresan, yang menyebabkan perubahan tahanan aliran.  Sejalan dengan itu difusivitas cairan semakin berkurang, hal ini disebabkan karena difusivitas cairan merupakan fungsi perbandingan ruang
antar partikel, dan perbandingan ruang antara partikel adalah sebagai fungsi tekanan (Sherwood, 1997).
Dari hasil penelitian ini menunjukkan perubahan karakter filtrasi dalam proses filtrasi. Laju filtrasi pada awal proses lebih tingggi, namun semakin berkurang secara proporsional dengan  bertambahnya waktu filtrasi. Semakin besar tekanan yang diberikan semakin banyak volume filtrat yang dihasilkan pada proses filtrasi awal kemudian menurun  secara gradual. Hal ini berkaitan dengan proses pembentukan ampas, sesuai hasil penelitian Stamatakis & Tien (1991) yang menjelaskan bahwa perubahan struktur  dan tebal cake atau ampas berdampak pada performa filtrasi. Flux filtrasi relatif  proporsional dengan tekanan yang bekerja tapi berkurang sesuai dengan pertambahan waktu filtrasi.

## SIMPULAN
Filtrasi  pada  proses  pembuatan  sari  buah  nanas  yang  telah  dilakukan  menggunakan variabel diameter medium filter dan tekanan, menunjukkan karakteristik filtrasi yang dipengaruhi oleh karaktek bahan (slurry nanas). Sifat bahan yang termampatkan (compresible), menyebabkan adanya  tahanan  dari  ampas  (cake)  yang  terbentuk  di  atas  medium  filter  yang  semakin  tebal sejalan  dengan  lama  filtrasi  dan  tekanan  yang  diberikan,  hal  ini  ditunjukkan  oleh  semakin menurunnya laju filtrasi. Karekateristik filtrasi yang terjadi adalah filtrasi dengan laju kecepatan menurun.

## DAFTAR PUSTAKA
Boomgaard, P. (2008). Frontiers of fear: tigers and people in the Malay world, 1600-1950. Yale University Press.
Case, G. G., & Willis, M. S. (1992). Compressive cake filtration. Chemical Engineering Science, 47(6),
1373 – 1381.
Charm,  S.  E.  (1971). The  fundamentals  of  food  engineering.  (Issue  2nd  edition).  Westport, Connecticut, USA: AVI Publishing Co., Inc.
Dahdouh, L., Wisniewski, C., Ricci, J., Vachoud, L., Dornier, M., & Delalonde, M. (2016). Rheological study of orange juices for a better knowledge of their suspended solids interactions at low and high concentration. Journal of Food Engineering, 174, 15 – 20.
Danwanichakul, P., Danwanichakul, D., Yooyanyong, A., & Sae-Ieo, K. (2016). Filtration efficiency and filter resistance of nylon-6 and nylon-6/chitosan nanofibrous membranes. Engineering and Applied Science Research, 43(1), 26 – 31.
Demoulin, C., Wisniewski, C., Ricci, J., Delalonde, M., & Dahdouh, L. (2022). Viscoelastic behavior and fouling propensity of concentrated suspended particles of orange juice with defined
size  distributions:  Towards  a  better  control  of  the  deposit  layer  properties  during microfiltration. LWT, 153, 112473.
Devor, A., Andreassen, O. A., Wang, Y., Mäki -Marttunen, T., Smeland, O. B., Fan, C. C., Schork, A. J.,  Holland,  D.,  Thompson,  W.  K.,  &  Witoelar,  A.  (2017).  Genetic  evidence  for  role  of integration of fast and slow neurotransmission in schizophrenia. Molecular Psychiatry, 22(6), 792 – 801.
Dong, K. J., Zou, R. P., Yang, R. Y., Yu, A. B., & Roach, G. (2009). DEM simulation of cake formation in sedimentation and filtration. Minerals Engineering, 22(11), 921 – 930.
Earle, R. L. (2013). Unit operations in food processing. Elsevier.
Ibarz, A., Gonzalez, C., & Esplugas, S. (1994). Rheology of clarified fruit juices. III: Orange juices.
Journal of Food Engineering, 21(4), 485 – 494.
Iritani, E., & Katagiri, N. (2016). Developments of blocking filtration model in membrane filtration.
KONA Powder and Particle Journal, 33, 179 – 202.
Jönsson, K. A., & Jönsson, B. T. L. (1992). Fluid flow in compressible porous media: I: Steady‐state conditions. AIChE Journal, 38(9), 1340 – 1348.
Koenders,  M.  A.  “Curt,”  &  Wakeman,  R.  J.  (1997).  Initial  deposition  of  interacting  particles  by filtration of dilute suspensions. AIChE Journal, 43(4), 946 – 958.
Sherwood,  J.  D.  (1997).  Initial  and  final  stages  of  compressible  filtercake  compaction. AIChE Journal, 43(6), 1488 – 1493.
Sripui, J., Pradistsuwana, C., Kerr, W. L., & Pradipasena, P. (2011). Effects of particle size and its distribution  on  specific  cake  resistance  during  rice  wine  microfiltration. Journal  of  Food Engineering, 105(1), 73 – 78.
Stamatakis,  K.,  &  Tien,  C.  (1991).  Cake  formation  and  growth  in  cake  filtration. Chemical Engineering Science, 46(8), 1917 – 1933.
Tien, C., Bai, R., & Ramarao, B. V. (1997). Analysis of cake growth in cake filtration: Effect of fine particle retention. AIChE Journal, 43(1), 33 – 44.
Wang, Z., & Wu, Z. (2009). A review of membrane fouling in MBRs: characteristics and role of sludge  cake  formed on membrane  surfaces. Separation Science and Technology, 44(15),
3571 – 3596.