Sifat Fisik Biji-Bijian

II. Objek 2 (SIFAT FISIK BIJI-BIJIAN)

2.2.1 Tujuan dan Manfaat

2.2.1.1 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan praktikum adalah :                          

1.      Menentukan bulk Density (g/cm³) biji-bijian

2.      Menentukan angle of repose biji-bijian (°)

3.      Menentukan angle of friction biji- bijian (°)

2.2.1.2 Manfaat Praktikum

Sedangkan manfaat praktikum adalah :

1.      Mahasiswa dapat mengetahui bulk density biji-bijian yang di ukur atau yang di jadikan sampel

2.      Mahasiswa dapat mengetahui angle of repose biji- bijian yang diukur

3.      Mahasiswa dapat menentukan angle of friction biji-bijian yang di gunakan

4.      Mahasiswa dapat mengetahui sifat alamiah dari biji-bijian yang di gunakan

2.2.2 Tinjauan Pustaka

Sifat fisik hasil pertanian berbeda dengan sifat fisik hasil industri. Sifat fisik yang merupakan ciri khas produk pertanian adalah:

1.      Perishabel, yaitu mudah busuk dan rusak

2.      Bulky, yaitu pengambilan banyak tempat sehingga sulit untuk di pindahkan karena berat dan sifat fisiknya agak kaku

3.      Voluminous, yaitu hasil pertanian yang tidak berat membutuhkan ruang dan tempat yang cukup besar. Misalnya pada padi

Jadi sebenarnya barang voluminous juga termasuk barang yang bersifat bulky, tapi tidaklah semua barang-barang bulky adalah voluminous. Buah, sayuran dan daging adalah hasil pertanian yang bersifat perishabel, sedangkan gabah, jagung, singkong, kacang tanah, telur merupakan hasil-hasil pertanian bersifat bulky. Barang-barang yang bersifat perishabel memerlukan perlakuan dan pekerjan fisik yang baik, hati-hati serta teliti dan membutuhkan tempt penyimpanan yang lebih baik sebelum barang tersebut menjadi busuk. Jika barang sudah rusak bentuk fisiknya atau busuk, maka sidah pasti nilai dan kualitas barang tersebut menurun.

Barang-barang bulky relatif membutuhkan biaya penyimpanan dan biaya pengankutan yang tinggi.

Sifat fisik bahan yang sangat berpengaruh terhadap desain hoper adalah angle of repose. Sifat ini adalah sifat teknik dari suatu bahan berbentuk granular yang dituang dalam suatu permukaan horizontal maka akan terbentuk suatu gundukan berbentuk kerucut. Sudut antara permukaan gundukan terhadap permukaan horizontal inilah yang disebut dengan angle of repose.

Angle of friction adalah suatu sudut yang dibentuk oleh suatu permukaan dengan bidang horizontal pada saat gabah diatas permukaan tersebut meluncur karena gaya berat. Densitas bulk adalah perbandingan antara berat dan volume. Data dari bulk density penting untuk perhitungan dimensi dari bulk strorege fasilities penampungan kapasitas tertentu.

Karakteristik fisik pada biji-bijian:

a.       Bentuk dan ukuran

Kriteria untuk benruk dan ukuran :

1.      Charted standars (gambar standar)

Digunakan untuk mengukur penampang memanjang dan melintang objek.

Contoh bentuknya yaitu:

1.      Round (bundar)

2.      Oblate (membujur)

3.      Cone (kerucut)

2.      Roundness (Rd) = Ap/Ac

Merupakan ukuran keruncingan sudut dari suatu bahan padat. Nilai round (kebundaran) suatu bahan padat. Nilai round  suatu bahan berkisar dari 0-1. Apabila nilai kebundaran suatu bahan hasil pertanian mendekati 1, maka bentuk bahan tersebut bundar. Ada bebrapa metode untuk mengestimasi kebundarn suatu benda diantaranya adalah :

Roundness (Rd) = sigma r/NR

Dimana : Ap = Luas permukaan proyeksi terbesar dlam posisi bebas

               Ac = Luas permukaan proyeksi terkecil yang membatasinya

Roundness

3.      Sphericity

Merupakan perbandingan antara luas permukaan bola yang mempunyai volume yang sama dengan bahan dan dengan luas permukaan bahan.

Dirumuskan sebagai berikut :

Sphericity = [(volume bahan / volume bola yang mengelilingi) ^1/3 ] / a

Geometric Mean Diameter (GMD) = (a.b.c) ^1/3

Bulk Density = massa/volume

Dimana :

                  V = ¼ π d ² t

b.      Volume dan Densitas

Densitas terbagi menjadi dua yaitu:

1.      Densitas kamba (bulk densiti)

Merupakan perbandingan bobot bahan dengan volume yang di tempatinya, termasuk ruang kosong di antara butiran makanan.

2.      Densitas nyata

Merupakan perbandingan bobot bahan dengan volume yang hanya di tempati oleh butiran bahan tidak termasuk ruang kosong.

Metode penentuan volume dan densitas:

1.      Gelas ukur

2.      Piknometer

3.      Densitimeter

Volume dan densitas juga dapat berperan sebagai aplikasi aplikasi seperti :

1.      Pengeringan dan penyimpanan

2.      Rancangan silo dan ruang penyimpanan

3.      Mesin kompresi mekanikal

4.      Pemisahan bahan bahan asing

5.      Penentuan kemurnian benih

6.      Separasi dan grading

7.      Evaluasi kematangan

8.      Tekstur dan kelunakan buah

9.      Estimasi ruang udara di dalam jaringan tanaman

Biji adalah bakal biji dari tumbuhan berbunga yang telah masak. Biji dapat terlindung dari organ lain atau tidak. Dari sudut evolusi, biji merupakan embrio atau tumbuhan kecil yang termodifikasi sehingga dapat bertahan lebih lama pada kondisi kurang sesuai untuk pertumbuhan.

Kacang kedelai adalah salah satu tanaman polong – polongan yang menjadi bahan dasar banyak makanan dari asia timur seperti kecap, tahu dan tempe.

Kacang tanah adalah tanaman polong – polongan atau legumeanggota suku fabaceae yang di budidayakan, serta menjadi kacang – kacangan terpenting setelah kedelai di Indonesia.

Kacang hijau (vigna radita) adalah sejenis palawija yang di kenal luas di daerah tropika. Tumbuhan yang termasuk suku polong – polongan (fabaceae) ini memiliki banyak manfaat dalam kehidupan sehari – hari sebagai sumber bahan pangan berprotein tinggi.Kacang merah hampir sama dengan kacang-kacangan yang lainnya.

Biji adalah bahan paling mendasar untuk manusia dan hewan. Kandungan pori yang tinngi, pdad bijian menyediakan sumber energy utama bagi manusia dan hewan, selain kandungan protein dan lemaknya. Padi, gandum, dan jagung adalah bijian utama sumber pangan dan telah menjadi makanan pokok sejak awal peradaban manusia. Termasuk dalam bijian adalh serealia, kacangan, dan bijian berlemak tinggi.

Bijian merupakan bahan pangan yang tahan lama karena tidak mudah rusak selama pengangkutan akan dapat mempertahankan mutunya dalam penyimpanan yang panjang jika telash diperlakukan dengan berat selama panen, pengeringan, dan penyimpanan. Kegagalan dalam menerapkan cara-cara dan prosedu yang baik dalam berbagai kegiatan penanganan pascapanen tadi dapat menyebabkan penurunan mutu yang cepat dan susut yang tinggi.

Pengetahuan mengenai sifat alamiah dan struktur bijian sangat diperlukan dalam memahami perilaku bijian setelah panen sehingga dapat diupayakan pengembangan system pascapanen yang cocok untuk produk dan kondisi lingkungan tertentu. Sebagai contoh struktur biji jagung mungkin akan mempengaruhi laju pengeringan, misalnya biji jagung akan mengalami kehilangan air yang cepat bila ada bagian yang pecah atau hilang. Komposisi kimia dan sifat-sifat fisik juga dapat mempengaruhi karakteristik penyerapan air oleh bijian dan laju pengeringan.

Tiga jenis bijian utama padi, jagung, dan gandum berasal dari tanaman jenis rerumputa yang menghasilkan biji atau kerel. Kadar air ketiga jenis bijian ini ketika dipanen bervariasi, yaitu antara 18%-38% tetapi agar dapat disimpan dengan aman kadar air harus diturunkan sampai 13%-14% tergantung pada kondisi dan lama penyimpanan. Dengan demikian pengeringan langsung setalah panen adalah umum laju pengeringan semakin tinggi bila bulk density semakin rendah, panas spesifik semakin rendah, porositas semakin tinggi, dan luas permukaan spesifik semakin tinggi.

Tingkat susut bijian juga dipengaruhi oleh factor fisik, biologis, dan fisiologis dari bijian itu sendiri. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap tingkat susut bijian antara lain :

1.      Faktor fisik, misalnyay terjadi karena :

a.       Panen, dimana kemungkinan terjadi ceceran bijian terutama jika panen dilakukan tanpa bantuan peralatan atau mesin.

b.      Perontokan, disebabkan oleh adanya bijian yang tidak dapat dirontokkan sehingga ikut terbuang bersama tangkai / malai tanaman.

c.       Pengeringan, disebabkan oleh pengeringan yang tidak sempurna atau tidak merata sehingga banyak kerusakan atau yang tidak tergiling dengan baik saat penggilingan.

d.      Pengangkutan dan penyimpanan, disebabkan oleh adanya produk yang tercecer akibat penggunaan kemasan yang tidak baik.

2.      Faktor biologis, misalnya serangga dan ham yang dapat menyerang produk selama berada pada tanamannya atau selama dalam penyimpanan. Hama tikus mislanya, selain memakan produk juga mencemari produk dengan kotoran dan kencing mereka.

3.      Faktor fisiologis, hanya terjadi pada bijian dengan kadar air tinggi. Dengan demikian bila bijian telah dikeringkan hingga kadar air 13%-14% kemungkinan tidak akan mengalami kerusakan akbiat aktivitas fisiologis selama dalam penyimpanan.

2.2.3 Bahan dan Alat

2.2.3.1 Bahan

1.        Kedelai 1 kg

2.        Kacang tanah 1kg

3.        Kacang merah 1 kg

4.        Kacang hijau 1kg

2.2.3.2 Alat

1.      Timbangan digital / manual

2.      Varnier caliper / micrometer

3.      Papan triplek dan kertas karton (40x40)

4.      Gelas ukur / tabung kosong

5.      Busur

2.2.4 Metoda

a.       Ukur panjang (d mayor), lebar (d moderat)dan tebal (d minor)bahan dengan menggunakan verbier caliper atau micrometer. Sample pada masing – masing bahan yang digunakan sebanyak 10 butir. Data yang di dapatkan selanjutnya dimasukkan pada tabel sampel bahan dan hitungan nilai rata ratanya.

b.      Tentukan geometric mean diameter, yaitu:

GMD = (dmayor x dmoderat x dminor) ^1/3

c.       Ditentukan shpericityyaitu :

S = (GMD / dminor )

d.      Tentukan bulk densitybahan, yaitu: timbang tabung kosong (W1), timbang tabung kosong + bahan (W2), ukur volume tabung (V)

Bulk density= m/v

                  Dimana: m = massa dari bahan (g)

                                 v = volume tabung (V) = ¼ π d ² t

e.       Tentukan angle of repose, yaitu: tuangkan 1,5 kg bahan di atas bidang datar dan selanjutnya ukur  kemiringan tumpukan bahan

Angle of respons= arc tan t/d

f.       Tentukan angle of frictionyaitu : letakkan 10 butir masing masing bahan di atas permukaan bidang datar ( triplek/karton) selanjutnya miringkan bidang – bidang pelan dan ukurlah besarsudut kemiringan bidang pada saat bahan meluncur.

2.2.5 Hasil dan Pembahasan

2.2.5.1 Hasil

Tabel 6.  Data Biji-Bijian

Bahan		Sampel			Rata-Rata
		1	2	3
Kedelai		0,825	0,720	0,735	0,760
		0,610	0,540	0,645	0,598
		0,505	0,510	0,510	0,510
Kacang Tanah		1,530	1,300	1,315	0,381
		0,910	0,920	0,800	0,876
		0,740	0,825	0,710	0,758
Kacang Merah		1,930	1,525	1,640	1,689
		0,640	0,710	0,730	0,693
		0,540	0,535	0,615	0,563
Kacang Hijau		0,505	0,540	0,535	0,526
		0,335	0,345	0,420	0,363
		0,315	0,330	0,405	0,350

Tabel 7. Kriteria Biji-Bijian

Kriteria	Kedelai	Kacang Tanah	Kacang Merah	Kacang Hijau
GMD (cm)	0,614	0,654	0,871	0,405
Sphericity	0,807	0,728	0,512	0,769
Massa Bahan (g)	1000	1000	1000	1000
Volume Tabung (cm^3)	1267,232	1479,336	1337,334	981,431
Bulk Density(g/cm^3	0,789	0,676	0,748	1,018
Angle of Repose	11,346° ; 20°	10,679° ; 20°	8,611° ; 30°	11,309° ; 30°
Angle of Friction	10° ; 14°	15° ; 24°	13° ; 20°	7° ; 20°

2.2.5.2 Pembahasan

Pada praktikum kali ini membahas mengenai sifat fisik biji-bijian. Bahan-bahan yang digunakan yaitu kacang kedelai, kacang tanah, kacang hijau , dan kacang merah.

Didalam hasil Geometric Mean Diameter (GMD), data yang di dapat pada kedelai adalah 0,614 cm. Untuk GMD kacang tanah yang didapat adalah 0,654 cm. GMD kacang merah adalah 0,871 cm dan  sedangkan untuk Geometric mean diameter  kacang hijau data yang didapat adalah 0,405 cm.

Dari data yang telah diperoleh,untuk geometic mean diameter kedelai dan kacang hijau tidak jauh berbeda karena dilihat dari bentuk kacang hijau dan kedelai yang tidak jauh berbeda. Namun geometric mean diameter  pada bahan lain lumayan  jauh  berbeda, hal ini disebabkan karena ukuran yang terdapat ada bahan-bahan tersebut, jenis bahan tersebut dan luas permuakaan dari bahan tersebut.

Untuk sphericity yang didapat dari bahan tersebut diantaranya yaitu pada kedalai sphericity yang diperoleh 0,807. Untuk kacang tanah sphericity yang diperoleh sebesar 0,728. Untuk kacang merah hasil sphericity yang diperoleh yaitu 0,512. Sedangkan sphericity kacang hijau  yang diperoleh adalah 0,769. Dari semua bahan tersebut data yang diperoleh tidak ada sphericity bahan yang lebih dari satu. Karena jika bahan sphericitynya mendekati satu , maka bahan tersebut semakin bulat atau bundar.dari data yang dipeoleh, data yang nilainya mendekati satu adalah kacang kedelai sedangkan bahan yang nilainya mendekati nol adalah merah.

Selanjutnya untuk bulk density dari bahan tersebut. Bulk density merupakan massa sebuah partikel yang menempati suatu bahan. Bulk density ditentukan oleh berat wadah yang di ketahui volumenya dan merupakan hasil pembagian dari berat granular dan volume wadah.

Bulk density yang di dapat pada kedelai yaitu 0,789 g/ , kacang tanah sebesar 0,676 g/ , kacang merah 0,748 g/  dan kacang hijau sebesar 1,018 g/ . Dari data tersebut bulk density yang didapat berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena bahan tersebut ketika dimasukkan ke dalam tabung, kedalamannya tidak sama. Hal ini disebabkan karena salah satunya massa yang berbeda-beda antar bahan tersebut. Selain itu jenis bahan yang digunakan juga berbeda-beda, meskipun bahan tersebut sama-sama termasuk kelompok kacang- kacangan.

Dalam praktikum ini, kita juga membahas tentang angle of repose. Angle of repose merupakan sudut antara permukaan gundukan dengan bidang horizontal. Jika kita melihat angle of repose dari bahan tersebut, maka sudut yang dihitung secar manual dan secara rumus sangat berbeda. Contohnya pada kedelai, secara manual angle of repose yang didapat yaitu 20°, sedangkan secar rumus di dapatkan sebesar 11,346°. Hal yang mempengaruhi sudut tersebut berbeda antara manual dan rumus yaitu kurang teliti dalam membaca hasil pengukuran saat busur yang telah diletakkan diatas gundukan bahan tersebut,kemudian kesalahan dalam meletakkan busur pada gundukan juga dapat mempengaruhi terjadinya perbedaan terhadap hasil yang diperoleh, bisa saja sudut antara tangan kita dengan lantai terlalu dekat dan terlalu jauh ketika menaburkan di atas lantai yang telah disediakan.

Angle of repose yang diperolah setelah melakukan praktikum tidak jauh berbeda antara kedelai dan kacang hijau. Sudut yang terbentuk secara manual yaitu 20° dan 30°. Sedangkan sudut angle of repose terbentuk secara rumus antara kedelai dan kacang tanah adalah 11,346° dan 11,309°. Hal ini berbeda karena bahan yang digunakan berbeda meskipun ukurannya hampir sama. Selain itu, yang membuat angle of repose bahan ini berbeda secara rumus adalah kedalaman dari bahan tersebut.

Angle of friction merupakan sudut yang terbentuk oleh permukaan kayu dengan bidang horizontal. Angle of friction yang diukur adalah menggunakan triplek dan plat tipis. Angle of friction pada kedelai yang menggunakan triplek sudut yang terbentuk adalah 14° sedangkan dengan menggunakan plat tipis sudut yang terbentuk adalah sebesar 10°. Pada kacang tanah angle of friction yang terbentuk dengan menggunakan triplek yaitu 24° dan dengan menggunakan plat tipis sudut yang terbentuk adalah 15°. Pada kacang merah sudut yang terbentuk dengan menggunakan triplek yaitu 20° dan dengan  menggunakan plat tipis sudut yang terbentuk sebesar 13°. Pada kacang hijau, angle of frictin yang terbentuk dengan menggunakan triplek yaitu 20° dan dengan menggunakan plat tipis sudut yang terbentuk sebesar 7°. Dari data tersebut, bisa dikatakan bahwa angle of friction pada setiap bahan berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena luas permukaan dari triplek dan plat tipis terhadap bahan tersebut dan jaga dapat karena mengangkat bidang yang terlalu cepat dan cara pembacaan busur yang kurang tepat. Selain itu, berdasarkan data yang di peroleh sudut yang terbentuk dengan menggunakan triplek lebih besar dibanding plat tipis. Hal ini disebabkan oleh bentuk permukaan dari triplek dan plat tipis yang berbeda dimana permukaan plat lebih licin di banding permukaan triplek.

Dalam percobaan itu sendiri kesalahan penggunaan alat lebih sering terjadi karena pengukuran yang dilakukan memungkinkan banyak kesalahan. Misalnya dapat melakukan kesalahan dalam pembacaan, kemudian kurangnya ketelitian dari pratikan dalam pengerjaannya.

Aplikasi dari sifat fisik biji-bijian di bidang teknik pertanian yaitu untuk penelitian dalam  mendesain alat  yang dapat digunakan untuk pengolahan biji-bijian . selain itu juga dapat berguna untuk mendesain alat penyortir biji-bijian.dan untuk proses pengemasan bagaimana cara agar dalam suatu tempat atau wadah yang digunakan terisi secara maksimal.

  

2.2.6 Kesimpulan dan Saran

2.2.6.1 Kesimpulan

Dari praktikum yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa sifat fisik dari biji-bijian membahas mengenai bentuk dan ukuran dari setiap bahan. Untuk geometric mean diameter dari bahan ini dari yang terkecil adalah kacang hijau, kedelai, kacang tanah, kacang merah. Apabila sphericty satu bahan mendekati satu, maka bahan tersebut semakin bulat. Hal tersebut tergantung kepada GMD dan panjang dari bahan tersebut. Selain itu, mungkin, semakin kecil bulk density yang diperoleh, maka akan kecil pula ukuran dari bahan tersebut. Pada angle of repose, perhitungan rumus dan manual berbeda, hal ini disebabkan karena kurang telitinya dalam membaca hasil pengukuran.

2.2.6.2 Saran

Dari praktikum yang telah dilakukan, saran yang dapat diberikan kepada praktikum harus lebih teliti dalam melakukan pengukuran, memahami modul yang telah diberikan  sebelum melakukan praktikum, dan yang terpenting ketika praktikum adalah pengolahan data yang akurat. Kemudian ketika melakukan praktikum, perhatikan asisten asisten ketika menjelaskan praktikum. Hal ini bermaksudkarena kita dapat melakukan praktikum dengan baik dan benar. Untuk praktikum selanjutnya, sebaiknya berhati-hati dan dalam membaca pengukuran agar tidak terjadi kesalahan dalam pembacaan skala. 

semoga bermanfaat :)