Pangan menjadi kebutuhan mendasar setiap manusia. Proses pengolahan pangan perlu diperhatikan dengan baik dengan mempertimbangkan berbagai aspek, salah satunya adalah umur simpan. Produk pangan yang rentan mengalami kerusakan memiliki umur simpan yang pendek. Umur simpan produk pangan dapat ditingkatkan, salah satunya adalah dengan metode pengeringan. Pengeringan merupakan kegiatan menghilangkan kadar air dari bahan pangan hingga mencapai kadar tertentu yang mampu meningkatkan ketahanan simpan produk pangan. Metode pengeringan perlu dikontrol dengan baik agar proses menjadi efisien. Terdapat berbagai macam teknologi pengeringan mulai dari pengeringan dengan matahari (konvensional) hingga modern. Salah satu metode pengeringan terkontrol adalah dengan menggunakan teknologi fluidized bed dryer (FBD). Pengeringan menggunakan FBD memerlukan waktu yang singkat karena adanya kontak yang efektif antara udara pengering dengan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat dihasilkan produk dengan kualitas tinggi dan konsumsi energi yang tergolong rendah. Adapun bahan pangan yang cocok untuk dikeringkan dengan FBD adalah berupa biji-bijian, buah dan sayuran.
Pengeringan menggunakan FBD memiliki berbagai keunggulan. Keunggulan dari FBD di antaranya adalah laju pengeringannya tinggi karena kontak udara pengering dengan bahan yang sangat baik, efisiensi termal yang tinggi dan biaya operasional yang relatif rendah. Mekanisme kerja dari FBD adalah pemompaan udara panas dengan kecepatan yang cukup tinggi ke dalam bed untuk mengatasi gaya gravitasi yang dimiliki bahan pangan. Kecepatan udara yang lebih baik dari gaya gravitasi dan bed resistance, mampu membentuk kondisi yang disebut dengan fluidisasi. Fluidisasi merupakan proses fisik yang mengubah partikel padat menjadi keadaan terfluidisasi melalui suspensi dalam cairan atau gas. Peristiwa ini dapat terjadi ketika gaya yang diberikan dapat sebanding dengan berat partikel. Bahan pangan yang berfasa padat pada peristiwa fluidisasi memiliki sifat seperti fluida, yang berusaha untuk memenuhi ruangan dengan menyesuaikan bentuk bejana. Pengeringan dengan fluidized bed dryer sudah diaplikasikan pada berbagai produk pertanian, di antaranya adalah biji gandum, minyak zaitun, daun kelapa sawit, kelapa, merica, padi, kedelai dan lain sebagainya.
Skema kinerja FBD ditunjukkan pada Gambar 1. Corong moist granural in berfungsi untuk memasukkan biji-bijian maupun bahan pangan lainnya yang memiliki kadar air yang lebih tinggi. Moist outlet berfungsi sebagai corong keluarnya uap air. Porous plate berfungsi untuk menampung bahan pangan dan sebagai media penghubung antara udara panas dengan bahan pangan. Hot air in from blower berfungsi sebagai sumber udara pengering bahan pangan. Dry granual out berfungsi sebagai tempat keluarnya produk pangan yang telah dikeringkan.
Periode pengeringan bahan pangan menggunakan FBD terbagi menjadi 3, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Periode pengeringan diawali dengan pre-heating, yaitu proses transfer panas sensibel oleh bahan pangan. Selanjutnya adalah constant drying, pada tahap ini laju pengeringan terjadi secara konstan. Proses ini berlanjut hingga semua kadar air bebas pada permukaan bahan pangan menguap. Tahap paling krusial dalam kurva ini adalah falling drying, yaitu pergerakan uap air dari dalam menuju permukaan bahan pangan dan penguapan air dari permukaan.
Kedelai merupakan bahan pangan yang memiliki kandungan protein tinggi. Biji kedelai yang telah dipanen pada umumnya memiliki kadar air berkisar 13 - 15% (basis basah). Akan tetapi, bila ada gangguan cuaca, kedelai yang dipanen memiliki kadar air berkisar 25 - 33 % (basis basah). Besar kecilnya kadar air pada kedelai mampu memengaruhi masa simpannya. Kedelai dengan kadar air 13% (basis basah) memiliki umur simpan kurang dari 6 bulan, sedangkan jika kadar air berkisar 10 - 11% (basis basah), kedelai mampu disimpan selama 6 hingga 12 bulan. Untuk mencapai kadar air yang rendah tersebut, maka metode yang dapat dilakukan adalah pengeringan. Metode ini mampu menurunkan kadar air bahan pangan, mengurangi pertumbuhan mikroba yang potensial dan mengurangi reaksi kimia yang tidak diinginkan sehingga mampu meningkatkan umur simpan. Hal ini menandakan diperlukannya metode pengeringan yang tepat untuk menghasilkan produk yang berkualitas, biaya relatif rendah, serta penggunaan waktu dan energi yang efektif. Untuk mengatasi hal tersebut, dapat digunakan pengering berupa fluidized bed dryer (FBD). Waktu pengeringan dapat dipersingkat karena perpindahan panas dan massa terjadi secara intensif antara udara pengering dengan partikel yang dikeringkan. Selain itu, FBD memiliki kontrol suhu (PID controller) sehingga dapat mencegah panas yang berlebih.
Pengeringan menggunakan FBD dapat memengaruhi kualitas kedelai berdasarkan tingkat cracking (keretakan), shrinking (kerapuhan), bulk density (densitas kamba) serta rasio rehidrasi. Faktor-faktor yang memengaruhi adalah suhu dan kecepatan udara.
1. Cracking (tingkat keretakan)
Pengeringan kedelai menggunakan FBD dilakukan pada berbagai suhu perlakuan, yaitu 80; 100; 120; dan 140 C. Pada semua suhu diterapkan 3 kecepatan udara yang berbeda, yaitu 1,8; 3,1 dan 4,5 m/s. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 3. Seiring dengan meningkatnya suhu udara, persentase cracking meningkat. Begitu pula pada peningkatan kecepatan udara, yaitu seiring dengan bertambahnya kecepatan udara, maka persentase cracking meningkat. Pengeringan pada suhu tinggi menyebabkan keretakan bentuk-V pada biji kedelai. Hal ini dapat disebabkan oleh tingginya suhu pemanasan dan tingkat perpindahan massa dari permukaan biji kedelai yang menyebabkan meningkatnya gradien kelembaban di setiap kernel.
2. Shrinkage and bulk density (tingkat kerapuhan dan densitas kamba)
Densitas kamba dan tingkat kerapuhan biji kedelai diukur pada berbagai kondisi pengeringan, yaitu dengan faktor perlakuan suhu dan kecepatan udara. Seiring dengan meningkatnya suhu, densitas kamba dan tingkat kerapuhan memiliki kecenderungan penurunan. Akan tetapi, kecepatan udara tidak memiliki pengaruh signifikan terhadap keduanya. Perbedaan nilai densitas kamba dipengaruhi oleh variasi ukuran partikel atau kandungan bahan kering.
Waktu pengeringan diamati pada berbagai kecepatan udara dan suhu yang berbeda-beda. Biji kedelai memiliki kecenderungan penurunan waktu pengeringan seiring dengan peningkatan suhu dan kecepatan udara, namun tidak linear. Pada Gambar 4 terlihat bahwa perlakuan pada suhu 80 C memerlukan waktu pengeringan yang paling lama. Pengeringan dengan waktu tersingkat dicapai pada perlakuan suhu 140 C dengan kecepatan udara 3,1 dan 4,5 m/s dengan waktu pengeringan 50 menit. Selama proses pengeringan, air keluar dari dalam sel yang menyebabkan penurunan tegangan yang diberikan cairan terhadap dinding sel. Penurunan tegangan berdampak pada penyusutan yang mengakibatkan perubahan bentuk dan dimensi biji kedelai.
3. Rasio Rehidrasi