Gambar 6 Desain plat kapasitor persegi
5,3 cm
1 2 3 4
Gambar 7 Tipe tingkat kematangan buah manggis yang digunakan dalam penelitian
Setelah pengukuran TPT, daging buah manggis dihancurkan dalam cawan porselen dengan menggunakan penggerus. Daging buah manggis yang telah dihancurkan diukur pHnya. pH meter dikalibrasi dengan menggunakan buffer 4. Nilai pH sebenarnya diperoleh dengan cara mengurangi nilai pengukuran dengan nilai kelebihan pH buffer, jika nilai pH buffernya lebih dari 4 dan menambahkan nilai pengukuran dengan nilai kekurangan pH buffer jika pH buffernya kurang dari 4.
Massa jenis daging buah manggis diukur dengan menimbang gelas ukur kosong (m1), kemudian daging buah manggis dimasukkan lebih kurang 4 ml dan diukur massanya (m2). Nilai massa jenis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
V
m
m
manggis daging 1 2−
=
ρ
...(13)Terakhir, pada daging buah manggis dilakukan pengukuran kapasitansi, konduktansi, dan loss coefficientnya dengan menggunakan plat kapasitor. Plat kapasitor yang telah diisi daging buah manggis dihubungkan dengan LCR Hitester dan pengukuran dilakukan dengan memvariasikan frekuensi (20 Hz – 20 kHz). Setelah semua data diperoleh, maka dilakukan analisis terhadap tingkat kematangan dan korelasi antara sifat listrik dan sifat yang lainnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Plat KapasitorKapasitor plat sejajar (Gambar 9) dibuat dari keping tembaga (PCB) karena memiliki sifat konduksi yang baik. Plat kapasitor dibuat berbentuk segi empat dengan dimensi 9 cm x 9 cm dengan permukaan aktif 8,44 cm x 8,44 cm. Permukaan aktif plat kapasitor dilapisi cat berwarna perak dan dikelilingi dengan karet dengan ketebalan 0,127 cm. Tujuan pemasangan karet adalah untuk menghindari kobocoran sampel pada plat kapasitor. Ketebalan dielektrik diperoleh dengan cara mengurangkan ketebalan karet dengan ketebalan cat pada masing-masing sisi plat kapasitor. Plat kapasitor ini digunakan untuk mengukur kapasitansi, konduktansi dan loss coefficient daging buah manggis.
9
Gambar 8 Diagram alir penelitian
9 cm 8,44 cm
Gambar 9 Plat kapasitor keping sejajar
Indeks Warna
Nilai indeks warna G (Green) menurun dengan semakin matangnya buah manggis (Gambar 10). Indeks warna R (Red) dan B (Blue) memperlihatkan sifat yang sama, menurun jika buah manggis semakin matang. Namun pada manggis hijau kemerahan nilai indeks warna R dan B lebih tinggi dibandingkan dengan yang lainnya.
Tingkat kematangan buah manggis dapat diketahui dari nilai indek warna G. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Winarno dan Aman (1979) bahwa degradasi klorofil menyebabkan berkurangnya intensitas warna hijau pada buah-buahan. Selain itu degradasi klorofil lebih cepat dibandingkan dengan degradasi pigmen lainnya. Sehingga nilai indek warna G lebih tepat digunakan untuk mengetahui tingkat kematangan buah manggis.
Kapasitansi Daging Buah Manggis
Semakin besar frekuensi maka kapasitansi daging buah manggis akan semakin menurun (Gambar 11). Semakin besar frekuensi maka semakin banyak gelombang yang ditransmisikan tiap detiknya. Sebelum kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah berbalik sehingga terjadi pengosongan.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Hijau Hijau Kemerahan Merah Ungu
Tingkat Kem atangan
In d e ks W a rn a ( R G B ) Red (Merah) Green (Hijau) Blue (Biru)
Gambar 10 Hubungan tingkat kematangan dengan indeks warna (RGB) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0.02 0.05 0.1 0.5 0.7 1 5 10 15 20 Frekuensi (kHz) K a p a s ita ns i ( uF ) Hijau Hijau Kemerahan Merah Ungu
Gambar 11 Hubungan kapasitansi terhadap frekuensi pada berbagai tingkat kematangan
Studi Pustaka
Penyusunan Proposal
Kulit
Daging Buah Biji
Penyusunan Skripsi Karakterisasi (kekerasan, Z, G, D dan ρ) Z G D Cs TPT n pH
ρ
ρ Z G D ρ Z G D Persiapan bahan Manggis dibedakan menjadi4 tipe warna
Pengolahan data dan analisa
Mulai
10
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.02 0.05 0.1 0.5 0.7 1 5 10 15 20 Frekuensi (kHz) Ka p a s ita n s i (µ F )Gambar 12 Hubungan kapasitansi terhadap frekuensi plat kapasitor kosong (udara)
Pengisian dan pengosongan muatan dalam plat kapasitor berlangsung secara cepat. Akibatnya muatan yang tersimpan dalam plat makin berkurang dan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan makin kecil (Sutrisno dalam Susilawati 1984). Bahan dielektrik yang terdapat antara plat akan memperlemah medan listriknya. Bahan dielektrik tersebut akan terpolarisasi ketika diberi medan listrik sehingga akan timbul kerapatan muatan yang tinggi pada sisi-sisi plat.
Sifat yang sama pada udara dapat dilihat pada Gambar 12. Kapasitansi udara menurun dengan semakin meningkatnya frekuensi. Perbedaannya dapat dilihat dari besar nilai kapasitansi. Kapasitansi udara jauh lebih kecil dibandingkan dengan kapasitansi daging buah manggis pada setiap frekuensi pengukuran. Hal ini sesuai dengan tujuan pengisian bahan dielektrik pada kapasitor yaitu untuk memperbesar nilai kapasitansinya.
Tingkat kematangan berbeda pada buah manggis tidak menunjukan keteraturan nilai kapasitansi untuk semua frekuensi yang digunakan. Pengukuran yang dilakukan pada frekuensi 20 Hz memperlihatkan suatu kecendrungan, semakin matang buah manggis maka kapasitansi makin besar. Namun pada tingkat kematangan ke 2 (hijau kemerahan), kapasitansi buah manggis mengalami peningkatan tajam.
Konduktansi Buah Manggis
Konduktansi daging buah manggis memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan dengan biji, kulit, dan manggis utuh (Gambar 13). Konduktansi manggis utuh dan kulit semakin meningkat dengan semakin matangnya buah manggis. Berbeda dengan manggis utuh dan kulit, konduktansi daging dan biji buah manggis menurun dengan semakin meningkatnya kematangan buah manggis.
Semakin tinggi frekuensi maka konduktansi daging buah manggis semakin meningkat (Gambar 14). Jika frekuensi meningkat pergerakan muatan di dalam plat berlangsung sangat cepat, sehingga makin banyak jumlah muatan yang bergerak makin besar konduktansinya.
Pengisian dan pengosongan kapasitor akan berlangsung cepat dengan naiknya frekuensi. Kapasitor dengan cepat melepaskan dan mengisi muatan dengan tingkat resistansi yang rendah. Muatan-muatan yang tersimpan dalam kapasitor akan berkurang dengan meningkatnya frekuensi.
Frekuensi yang tinggi akan mentransmisikan energi yang banyak diserap oleh plat. Akibatnya muatan dengan cepat terpolarisasi, resistansi yang terjadi dalam plat kecil dan kemampuan untuk menghantarkan listriknya makin besar.
Nilai konduktansi daging buah manggis tidak memperlihatkan sifat yang spesifik untuk perbedaan tingkat kematangan. Manggis berwarna hijau kemerahan memiliki konduktansi yang paling tinggi dibandingkan dengan yang lainnya. Sedangkan manggis berwarna merah memiliki nilai konduktansi yang lebih rendah.
0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 150 200 Indeks warna G K o ndu k ta ns i ( µ S ) utuh kulit daging biji
Gambar 13 Konduktansi manggis (utuh, kulit, daging dan biji) yang diukur langsung pada berbagai
nilai indek warna G
75 125 175 225 275 325 375 425 1 100 10000 1000000 Frekuensi (Hz) K onduk ta ns i ( µ S ) Hijau Hijau Kemerahan Merah Ungu
Gambar 14 Konduktansi daging buah manggis dengan menggunakan plat pada berbagai tingkat
11
Pengukuran konduktansi daging buah manggis dengan elektroda titik memperlihatkan nilai terbesar dimiliki oleh manggis berwarna hijau kemerahan dan nilai konduktansi terkecil terdapat pada manggis yang berwarna merah. Pengukuran konduktansi dengan elektroda titik atau dengan menggunakan plat memperlihatkan sifat yang sama.
Keteraturan nilai konduktansi diperlihatkan oleh nilai konduktansi manggis utuh. Semakin matang buah manggis maka konduktansi semakin besar. Keteraturan ini mengindikasikan tingkat kematangan buah manggis dapat diketahui dari nilai konduktansi yang tinggi.
Impedansi buah Manggis
Impedansi daging buah manggis memiliki nilai paling tinggi dibandingkan dengan dengan kulit, biji dan manggis utuh (Gambar 15). Nilai impedansi manggis utuh dan kulit semakin menurun dengan semakin matangnya buah manggis. Impedansi biji dan daging meningkat dengan semakin matangnya buah manggis. Namun peningkatannya tidak terlalu signifikan.
Pengukuran impedansi pada manggis utuh memperlihatkan nilai yang lebih teratur. Impedansi manggis utuh menurun dengan semakin matangnya buah manggis. Nilai ini kebalikan dari nilai konduktansi karena secara tidak langsung konduktansi dan impedansi berbanding terbalik. Keteraturan nilai impedansi ini bisa dijadikan sebagai indikasi tingkat kematangan buah manggis.
Loss Coefficient Buah Manggis
Dari Gambar 16 dapat dilihat bahwa manggis utuh memiliki loss coefficient lebih tinggi dan diikuti oleh kulit, biji dan daging. Nilai yang tinggi ini mengindikasikan bahwa sampel manggis utuh lebih banyak mengkonversi energi menjadi bentuk lain.
Selain itu manggis utuh memiliki loss coefficient yang relatif konstan untuk setiap tingkat kematangan. Pengukuran loss coefficient tidak bisa digunakan untuk memprediksi tingkat kematangan buah manggis. Hal ini disebabkan buah manggis utuh tidak memperlihatkan nilai yang relatif berbeda untuk setiap tingkat kematangan.
Kulit dan biji memiliki nilai loss coefficient yang semakin menurun dengan semakin meningkatnya kematangan. Daging buah memiliki nilai loss coefficient yang
semakin meningkat dengan semakin meningkatnya kematangan buah manggis.
Pada Gambar 17 dapat dilihat bahwa semakin tinggi frekuensi maka loss coefficient daging buah manggis akan semakin turun. Hal ini sesuai dengan persamaan 13, semakin besar frekuensi maka loss coefficient semakin kecil.
Untuk tingkat kematangan yang berbeda loss coefficient daging buah manggis memiliki kecendrungan yang sama dengan konduktansi. Manggis berwarna hijau kemerahan memiliki loss coefficient yang paling tinggi dibandingkan dengan yang lainnya. Sedangkan manggis berwarna merah memiliki nilai loss coefficient yang lebih rendah.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 50 100 150 200 Indek Warna G Im p e d a n s i ( k Ω ) utuh kulit daging biji
Gambar 15 Impedansi buah manggis (utuh, kulit, daging dan biji) pada berbagai nilai indek warna G
6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 0 50 100 150 200 Indek Warna G L o s s C o ef fi ci en t utuh kulit daging biji
Gambar 16 Loss coefficient buah manggis (utuh, kulit, daging dan biji) pada berbagai nilai indek
warna G 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 Frekuensi (kHz) L o ss C o e ff ici en t Hijau Hijau Kemerahan Merah Ungu
Gambar 17 Hubungan Loss Coefficient terhadap Frekuensi Daging Buah Manggis pada Berbagai
12
Total Padatan Terlarut
Nilai TPT biasa digunakan untuk mengindikasikan tingkat kematangan. Pada Gambar 18 dapat dilihat bahwa TPT akan semakin tinggi dengan semakin matangnya buah. TPT yang besar menunjukan jumlah glukosa dan sukrosa yang terkandung dalam daging buah manggis masih banyak (Suyanti et al dakam Qanytah 1999).
Semakin meningkat kematangan, karbohidrat dalam bahan akan terurai menjadi unsur glukosa dan sukrosa, sehingga semakin matang buah maka kadar gulanya akan semakin tinggi (Winarno dan Aman 1979). Dengan demikian semakin matang buah manggis maka TPT akan semakin tinggi.
Indeks Bias
Indeks bias cairan daging buah manggis mengalami kenaikan dengan semakin meningkatnya kematangan. Buah yang matang akan memiliki total padatan terlarut tinggi sehingga kerapatannya lebih besar. Kerapatan yang besar menyebabkan sudut penyimpangan cahaya kecil. Akibatnya indeks bias akan menjadi besar. Indeks bias dapat dijadikan sebagai ukuran tingkat kematangan buah manggis karena semakin matang buah manggis maka indek biasnya akan semakin tinggi.
y = -0.0271x + 18.567 R2 = 0.9223 9 11 13 15 17 19 0 50 100 150 200 Indek Warna G To ta l Pa d a ta n T e rl a rut (% B ri x )
Gambar 18 Total padatan terlarut daging buah manggis pada berbagai nilai indek warna G.
y = -5E-05x + 1.3616 R2 = 0.9677 1.330 1.335 1.340 1.345 1.350 1.355 1.360 1.365 1.370 1.375 0 50 100 150 200 Indek Warna G In d ek B ias (n )
Gambar 19 Indek bias daging buah manggis pada berbagai nilai indek warna G
pH (Derajat Keasaman)
pH menunjukan derajat keasaman dalam bahan, semakin besar pH maka kandungan ion hidrogen akan semakin banyak. Pada Gambar 20 dapat dilihat bahwa nilai pH akan menurun dengan semakin matangnya buah manggis. pH buah manggis pada 4 tipe kematangan bernilai di bawah 4. Hal ini menunjukan sifat daging buah manggis yang bersifat asam. Hal ini sesuai dengan pendapat Pantastico dalam Qanytah 1989, bahwa buah hijau yang sudah tua dan sedang berubah warnanya, keasamannya akan meningkat, dan kenaikan itu terjadi bersamaan dengan pola klimateriknya.
Massa Jenis
Pada Gambar 21 dapat dilihat bahwa massa jenis manggis utuh, kulit dan biji mengalami penurunan dengan semakin matangnya buah manggis. Peningkatan massa jenis hanya terdapat pada daging buah manggis. Massa jenis buah manggis menurun dengan semakin tingginya tingkat kematangan buah manggis. Hal ini disebabkan karena semakin berkurangnya kadar air yang terdapat pada kulit manggis. Kulit manggis yang masih muda banyak mengandung getah kuning. Getah ini akan semakin berkurang dengan semakin meningkatnya kematangan buah manggis.
y = 0.0023x + 3.3532 R2 = 0.7949 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 0 50 100 150 200 Indek Warna G pH
Gambar 20 pH daging buah manggis pada berbagai nilai indek warna G
0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12 0 50 100 150 200 Indek Warna G M assa Jen is ( g /c m 3 ) utuh kulit daging biji
Gambar 21 Massa jenis buah manggis (utuh, kulit, daging dan biji) pada berbagai nilai indek warna G
13
Buah manggis termasuk buah klimaterik yaitu buah dengan pola respirasi yang diawali peningkatan secara lambat, kemudian meningkat, dan menurun kembali setelah mencapai tingkat kematangan tertinggi. Hal ini menyebabkan penurunan sifat fisik termasuk massa jenisnya (Sjaifullah, 1997).
Begitu juga dengan kulit dan biji manggis, massa jenisnya semakin menurun. Kulit dan biji buah manggis mengalami penyusutan kadar air sehingga massa biji dan kulit mengalami sedikit pengurangan yang berakibat semakin kecilnya massa jenis.
Massa jenis daging buah manggis mengalami peningkatan dengan semakin matangnya buah manggis. Semakin matang buah manggis kandungan air dan gulanya akan semakin banyak. Hal ini menyebabkan bertambahnya massa daging buah manggis sehingga massa jenis akan semakin besar.
Kekerasan
Menurut Sjaifullah (1997), buah yang yang matang lebih lunak dibandingkan dengan buah yang masih muda. Pada Gambar 22 dapat dilihat bahwa kekerasan buah manggis menurun dengan semakin meningkatnya kematangan. Hal ini sesuai dengan pendapat Sjaifullah. Manggis dengan tingkat kekerasan rendah, akan mudah mengalami kerusakan akibat pengaruh luar.
Rasio TPT dan pH
Salah satu cara untuk menentukan tingkat kematangan buah manggis adalah dengan menentukan perbandingan antara kadar gula dan asam (sugar acid ratio). Yang dimaksud disini adalah perbandingan antara total asam dan total gula (Winarno dan Aman, 1979).
Secara umum apabila buah-buahan menjadi matang, maka kandungan gulanya meningkat dan kandungan asamnya akan menurun. Akibatnya rasio gula dan asam akan
y = 0.1919x + 9.8239 R2 = 0.9017 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 50 100 150 200 Indek Warna G K eker asan ( N )
Gambar 22 Kekerasan buah Manggis pada berbagai nilai indek warna G
y = -0.0106x + 5.5156 R2 = 0.641 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 0 50 100 150 Indek Warna G R a s io ( T P T / pH )
Gambar 23 Rasio antara TPT dan pH
mengalami perubahan yang drastis. Keadaan ini berlaku pada buah yang klimaterik, sedang pada buah yang non-klimaterik perubahan tersebut pada umumnya tidak jelas.
Buah manggis termasuk buah klimaterik. Sehingga rasio gula dan asamnya dapat dibedakan untuk tiap tingkat kematangan berbeda. Pada Gambar 23 dapat dilihat bahwa rasio antara TPT dan pH semakin meningkat dengan semakin matangnya buah manggis.
Korelasi Sifat Listrik dan Sifat Fisik
Dari pengolahan korelasi antara sifat listrik (kapasitansi, loss coefficient, konduktansi dan impedansi) dan sifat fisik (total padatan terlarut dan pH) diperoleh hubungan sebagai berikut:
a. Korelasi kapasitansi dengan total padatan terlarut :
C = -0.0221 TPT + 0.5651 R2 = 0.2983
b. Korelasi kapasitansi dengan pH : C = 0.0575 pH - 0.0029
R2 = 0.0167
c. Korelasi loss coefficient dengan total padatan terlarut :
D = 6.0658 TPT – 43.673 R2 = 0.0742
d. Korelasi loss coefficient dengan pH : D = 0.1675 pH + 9.3342
R2 = 0.1149
e. Korelasi konduktansi dengan total padatan terlarut:
G = 17.811 TPT – 122.33 R2 = 0.4332
f. Korelasi konduktansi dengan pH: G = -153.16 pH + 711.96
14
g. Korelasi impedansi dengan total padatan terlarut:
Z = -0.136 TPT + 3.4437 R2 = 0.6255
h. Korelasi impedansi dengan pH: Z = 1.1896 pH + 2.9977
R2 = 0.3956
Secara umum sifat listrik dan fisik tidak berkorelasi secara sendiri-sendiri. Namun ada yang berkorelasi cukup kuat yaitu antara impedansi dan total padatan terlarut. Hal ini dapat dilihat dari nilai R2 yang cukup besar yaitu 0,6255. Dari persamaan korelasi diperoleh Z = -0,136 TPT + 3,4437. Persamaan ini mengindikasikan semakin besar TPT (buah semakin matang) maka impedansi akan semakin kecil.
Korelasi Sifat Listrik Bagian-Bagian Buah Manggis
Data pengukuran sifat listrik buah manggis (impedansi dan konduktansi) diolah dengan menggunakan program SPSS. Pengolahan data yang dilakukan yaitu regresi linear berganda impedansi dan konduktansi manggis utuh dan bagian-bagiannya (kulit, daging dan biji) pada berbagai tingkat kematangan.
Dengan memasukan data variabel bergantung y (impedansi manggis utuh) dan variabel bebas (impedansi kulit x1, daging x2 dab biji x3) diperoleh persamaan regresi linear berganda impedansi pada berbagai tingkat kematangan sebagai berikut :
a. Manggis berwarna hijau
y = -0.047 x1 + 0.086 x2 + 1.465 x3 + 4.479 R2 = 0.928
b. Manggis berwarna hijau kemerahan y = 0.071 x1 + 0.131 x2 + 0.237
R2 = 0.973
c. Manggis berwarna merah y = -0.040 x1 - 0.512 x2 – 0.782 x3 + 11.009 R2 = 0.707
d. Manggis berwarna ungu
y = -0.051 x1 - 0.061 x2 + 0.018 x3 + 1.159 R2 = 0.761
Secara umum hasil regresi linear berganda memperlihatkan bahwa kontribusi dominan yang mempengaruhi nilai impedansi manggis utuh adalah biji dan daging buah manggis. Namun pengaruh impedansi biji manggis tidak
terlihat pada manggis bewarna hijau kemerahan.
Berbeda dengan impedansi, hasil pengolahan regresi linear berganda konduktansi untuk berbagai tingkat kematangan menunjukkan daging manggis merupakan variabel yang sangat dominan mempengaruhi nilai konduktansi manggis utuh.
Konduktansi manggis utuh pada pengolahan regresi linear berganda SPSS dimasukkan sebagai variabel bergantung y, sedangkan kulit, daging dan biji dimasukkan sebagai variabel bebas x1, x2 dan x3. Pengolahan regresi linear berganda SPSS menghasilkan persamaan sebagai berikut : a. Manggis berwarna hijau
y = 0.042 x1 + 0.267 x2 + 0.034 x3 + 81.975 R2 = 0.853
b. Manggis berwarna hijau kemerahan y = 0.151 x1 + 0.681 x2 - 0.024 x3 + 49.673 R2 = 0.932
c. Manggis berwarna merah
y = -0.041 x1 - 0.888 x2 - 0.051 x3 + 259.836 R2 = 0.520
d. Manggis berwarna ungu
y = 0.004 x1 – 1.558 x2 + 0.034 x3 + 360.179 R2 = 0.709
Secara tidak langsung pengukuran konduktansi manggis utuh mempresentasikan daging buah manggis. Jika terjadi sedikit perubahan pada daging buah akan menyebabkan perubahan yang sangat besar pada konduktansi manggis utuh.