Perancangan kemasan akan membawa dampak lama atau tidaknya umur simpan suatu komoditi sehingga masih layak diterima oleh konsumen. Perancangan kemasan meliputi penentuan luas kemasan, volume bebas kemasan, jenis kemasan film, jenis kemasan wadah, dan berat produk.Perancangan kemasan ini juga dipengaruhi oleh suhu penyimpanan karena suhu yang berbeda menyebabkan perubahan koefisien permeabilitas. Berdasarkan hasil penelitian Gunadya (1993) memperlihatkan bahwa semakin tinggi suhu maka semakin besar nilai koefisien permeabilitas. Disamping itu suhu juga mempengaruhi cepat lambatnya laju respirasi produk, makin meningkatnya suhu maka laju konsumsi O2 dan produksi CO2 makin bertambah. Dalam merancang suatu kemasan, yang perlu diperhatikan bukan hanya film kemasan tetapi wadah kemasan tempat produk juga mempunyai pengaruh. Pengaruh dari wadah kemasan ini adalah kemungkinan terjadinya perembesan/pertukaran gas dari dalam dan luar kemasan walaupun sangat kecil.
Pengemasan sayur-sayuran dan buah-buahan yang mudah rusak dengan menggunakan film plastik akan memperpanjang masa simpannya. Pada kemasan film plastik yang tertutup rapat, produk pertanian sering tampak dalam keadaan lebih baik dan tahan lama dari pada produk yang disimpan dalam kemasan yang diberi lubang-lubang kecil. Hal ini terjadi karena termodifikasinya udara disekitar bahan yang dikemas rapat, akan tetapi bau dan rasa yang tidak dikehendaki dapat timbul dalam kemasan seperti ini. Bau dan rasa yang tidak diinginkan dapat timbul apabila penurunan O2 dan akumulasi CO2 akibat respirasi melebihi batas sehingga proses respirasi berubah dari aerobik menjadi anaerobik (Hadiana, 2005).
Film kemasan sebgai bahan pengemas mempunyai fungsi untuk melindungi dan mengawetkan produk pertanian yang mudah rusak serta membuta produk yang dikemas menjadi lebih menarik (Hall et al, 1989). Film plastik memberikan perlindungan terhadap kehilangan air pada produk sehingga produk akan tetap kelihatan segar sampai waktu yang lama. Pengemasan dapat membantu mencegah atau mengurangi terjadinya kerusakan-kerusakan, baik kerusakan yang terjadi secara spontan ataupun kerusakan karena pengaruh lingkungan luar. Pengemasan dalam film plastik adalah suatu teknik yang umum diterapkan untuk mencegah kehilangan kelembaban, menghindari kerusakan mekanik, menghasilkan produk yang lebih menarik. Pemilihan film kemasan yang tepat dan optimasi rancangan kemasan dapat menguntungkan dengan mengubah komposisi gas sekitar buah-buahan sehingga menghasilkan umur simpan yang lebih panjang dan mempertahankan kualitas produk.
Menurut Deily dan Rizvi (1981), pengemasan buah dalam film permeabel merupakan sistem dinamik dan meliputi dua proses yang terjadi bersamaan yakni proses pernafasan gas CO2 dan O2 ke luar dan ke dalam kemasan. Oksigen secara terus menerus digunakan oleh buah-buahan dan sayuran untuk kegiatan pernafasannya, dan menghasilkan CO2, H2O dan energi panas. Sebagai akibatnya terjadi perbedaan konsentrasi antara bagian dalam dan luar kemasan sehingga O2 mulai merembes ke dalam kemasan. Konsentrasi CO2 pada saat yang sama akan semakin meningkat akibat kegiatan respirasi dan merembes
keluar kemasan melalui film pengemas. Gambar 1 berikut dapat mengilustrasikan proses yang akan terjadi.
Keterangan untuk Gambar 1 adalah:
ya : konsentrasi O2 diudara (21%) y : konsentrasi O2 dalam kemasan RO2 : Laju konsumsi O2
za : konsentrasi CO2 di udara (0.03%) z : konsentrasi CO2 dalam kemasan RCO2 : Laju produksi CO2
Gambar 1. Perpindahan gas dalam kemasan atmosfir termodifikasi.
Desain kemasan yang sesuai untuk produk segar memperhatikan laju respirasi bahan dan permeabilitas film kemasan agar mendapatkan kondisi yang sesuai dan dapat memperpanjang masa simpan. Laju penyerapan gas tergantung dari struktur film permeabel, ketebalan, luas permukaan transmisi, suhu, dan perbedaan kandungan gas antara bagian dalam dan luar kemasan. Parameter bahan yang mempengaruhi laju penyerapan gas antara lain berat buah, laju kegiatan pernafasan dan volume bebas dalam kemasan (Daily dan Rizvi, 1981). Laju kegiatan pernafasan produk yang dikemas merupakan parameter penting untuk menentukan langkah-langkah optimasi selanjutnya, yaitu mendapatkan lingkungan yang serasi untuk mempertahankan kesegaran produk dalam kemasan. Cara menentukan film kemasan yang akan digunakan antara lain dilakukan pemecahan secara grafik yaitu dengan mengetahui konsentrasi O2 dan CO2
y RO2 z RCO2 komoditas ya za ya ya za za
optimum seperti Mannapperuma et al (1989) atau secara empiris mengamati perubahan dari beberapa kemasan yang dicobakan.
Film kemasan memberikan lingkungan yang berbeda pada produk yang disimpan karena laju perembesan O2 ke dalam kemasan dan CO2 ke luar kemasan sebagai akibat proses respirasi. Laju perembesan O2 dan CO2 tiap kemasan berbeda-beda tergantung jenis dan sifat kemasan yang digunakan. Film kemasan juga memberikan perlindungan terhadap kehilangan air pada produk sehingga sampai pada waktu yang lama produk akan tetap kelihatan segar. Laju dari penyerapan gas tergantung dari struktur film peremeabel, ketebalan, luas permukaan, suhu dan perbedaan kandungan gas antar bagian dalam dan luar gas.
Keberhasilan tujuan pengemasan sangat ditentukan oleh pengetahuan terhadap parameter-parameter dalam pengemasan yaitu:
1. Faktor produk
Laju respirasi dari produk yang dikemas dalam suhu penyimpanan terpilih.
RQ (Respiratory Quotient) produk yang dikemas dalam suhu penyimpanan terpilih.
Berat produk dalam kemasan
Konsentrasi O2 dan CO2 optimum untuk mengurangi laju respirasi aerob produk.
2. Faktor film kemasan
Permeabilitas bahan film pengemas terhadap CO2, O2 dan uap air pada suhu penyimpanan terpilih per unit ketebalan dari bahan pembungkus.
Efek dari RH pada permeabilitas film terhadap CO2 dan O2.
Total luas permukaan pada kemasan tertutup.
Kekuatan segel penutup pada kemasan. 3. Faktor lain
Volume bebas di dalam kemasan
Kecepatan udara dan RH disekitar kemasan.
Film yang digunakan dalam pengemasan atmosfir termodifikasi harus mempunyai rasio permeabilitas CO2 dan O2 yang besar serta permeabilitas yang rendah terhadap uap air (Kader, Zagory & Karbel, 1989). Pada RH dibawah 85%
uap air yang keluar dari produk dapat menyebabkan layu pada komoditi sayuran daun dan mengkisutkan/mengkerutkan beberapa jenis buah-buahan dan sayuran. Pada RH yang tinggi mendekati 100% di dalam kemasan atmosfir termodifikasi dapat menyebabkan kondensasi cairan dipermukaan sebelah dalam kemasan yang kemudian ditransmisikan pada permukaan produk. RH yang tinggi dalam kemasan juga menyebabkan penurunan kualitas produk yaitu pemudaran warna dan penurunan konsentrasi vitamin.
Sifat film kemasan yang cocok untuk penyimpanan buah-buahan adalah yang permeabel terhadap CO2, sehingga laju akumulasi CO2 dari respirasi lebih sedikit daripada laju penyusutan O2 (Peleg, 1985). Apabila buah-buahan dikemas dengan bahan yang impermeabel maka proses respirasi akan mengakibatkan berkurangnya O2 dan terjadi akumulasi CO2 sehingga menghasilkan respirasi anaerob disertai dengan terbentuknya etanol, asetaldehid, dan komponen-komponen yang tidak diinginkan. Sebaliknya jika menggunakan bahan kemasan yang mempunyai permeabilitas yang sangat tinggi, efek modifikasi udara dalam kemasan hampir tidak terjadi sehingga tujuan memperpanjang umur simpan tidak tercapai. Beberapa jenis film plastik yang biasa digunakan dalam penyimpanan buah-buahan dan sayuran dengan termodifikasi antara lain dapat dilihat pada tabel 2 dan 3.
Tabel 2. Koefisien permeabilitas film hasil perhitungan dan penetapan dalam satuan ml.mil/m2.jam.atm (Gunadnya, 1993).
Jenis film kemasan
Tebal 10oC a 15oC a 25oC b
(mil) O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2
LDPE 0.99 - - - - 1002 3600
PP 0.61 265 364 294 430 229 656
Stretch Film 0.57 342 888 473 748 4143 6226 White Stretch 0.58 226 422 291 412 1464 1470 a. hasil perhitungan b. hasil penetapan
Tabel 3. Koefisien permeabilitas yang ada di pasaran (ml.mil/m2 hari pada T atm) Permeabilitas(ml/m2 hari) pada 1 atm Jenis film kemasan CO2 O2 Perbandingan CO2 dan O2
Transmisi uap air (g/m2 hari pada 37.8oC dan 90%RH) LDPE LLDPE MDPE HDPE PVC PP Polystyrene Saran Polyester 7700-77000 - 7700-38750 3900-10000 4263-8138 7700-21000 10000-26000 52-150 180-390 3900-13000 7000-93000 2600-8293 520-4000 620-2248 1300-6400 2000-7700 8-26 52-130 2.0-5.9 - - - 3.6-6.9 3.3-5.9 3.4-3.8 5.8-6.5 3.0-3.5 6-23.2 16-31 8-15 4-10 - 4-10.8 108.5-155 - - Sumber : Zagory, D dan A.A. Kader (1988).
III. PENDEKATAN TEORITIS
A. MODEL FISIK SISTEM
Dengan memodifikasi model respirasi pada (Kays 1991 dalam Vanani 2002), maka model respirasi pada sistem atmosfir termodifikasi dalam ruangan tertutup dapat diilustrasikan seperti gambar 2.
Gambar 2. Model fisik proses respirasi sistem atmosfir termodifikasi dalam ruang tertutup.
Pada sistem tersebut diatas, buah akan tetap melakukan proses respirasi selama penyimpanan. Proses respirasi akan mengoksidasi substrat untk menghasilkan energi, air metabolik, dan karbondioksida. Hal tersebut akan mengakibatkan pengurangan substrat buah, pertambahan kalor/panas dan perubahan komposisi gas dalam ruang tertutup yaitu penurunan konsentrasi O2 dan penambahan konsentrasi CO2. Namun hasil akhir dari proses respirasi sangat tergantung pada jenis substrat yang digunakan yaitu karbohidrat, asam organik, atau lemak. Perbedaan hasil akhir tersebut menimbulkan nilai kuosien respirasi (RQ) yang
T(oC), RH
a CxHyOz + b O2 c CO2 + d H2O + Energy - substrat + energy kimia
+ CO2 + metabolik water + CO2 + Panas - O2 Ruang tertutup Volume Bebas Kemasan
berbeda sebagai hasil gambaran perbedaan komposisi udara (CO2 dan O2) yang terjadi (Pantastico, 1986 dan Kays, 1991). Suhu, kelembaban relatif dan komposisi udara juga akan mempengaruhi laju respirasi yang terjadi (Kader, 1985). Karakter perubahan pada laju reaksi akibat suhu biasanya ditentukan dengan nilai kuosien suhu (Q10), yaitu laju reaksi tertentu pada suatu tingkat suhu (T1) terhadap laju reaksi tersebut saat suhu naik 10oC (T1+10oC).