Botani Tanaman Belimbing
Tanaman belimbing merupakan tanaman asli Indonesia dan Malaysia yang kemudian menyebar rata di Asia Tenggara seperti Philipina, Thailand dan negara-negara lainnya. Tanaman ini terbagi kedalam dua jenis yaitu, belimbing manis (Averrhoa carambola L.) dan belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi L.). Bentuk pohon belimbing kecil, tinggi mencapai 10 m dengan batang yang tidak begitu besar dan mempunyai garis tengah hanya sekitar 30 cm. Pada umumnya belimbing ditanam dalam bentuk kultivar pekarangan (home yard gardening), yaitu diusahakan sebagai tanaman peneduh di halaman-halaman rumah. Buah belimbing manis adalah buah yang cukup unik dan menarik. Belimbing manis memiliki bentuk seperti bintang sehingga sering disebut star fruit, permukaan yang licin seperti lilin, berlekuk-lekuk, rasa manisnya bervariasi tergantung kepada varietasnya. Belimbing bukan termasuk kepada buah musiman, panen biasanya dilakukan 3-4 kali dalam setahun. Bentuk morfologi dari buah belimbing dapat dilihat pada Gambar 1.
Dalam taksonomi tumbuhan, belimbing diklasifikasikan sebagai berikut: Kingdom : Plantae (tumbuh-tumbuhan)
Divisi : Spermatophyta (tumbuhan berbiji) Sub-divisi : Angiospermae (berbiji tertutup) Kelas : Dicotyledonae (biji berkeping dua)
Ordo : Oxalidales
Famili : Oxalidaceae
Genus : Averrhoa
Spesies : Averrhoa carambola L. (belimbing manis)
Di Indonesia dikenal cukup banyak varietas belimbing, diantaranya varietas Sembiring, Siwalan, Dewi, Demak Kapur, Demak Kunir, Demak Jingga, Pasar Minggu, Wijaya, Paris, Filipina, Taiwan, Bangkok dan varietas Malaysia. Tahun 1987 telah dilepas dua varietas belimbing unggul nasional yaitu: varietas Kunir dan Kapur.
Sampai saat ini sentra penanaman belimbing sebagai usaha tani secara intensif dan komersial adalah Malaysia. Pada tahun 1993 Malaysia mampu mengekspor buah belimbing segar sebanyak 10.220 mt (metrik ton) senilai Rp 2 M yang dipasok ke Hongkong, Singapura, Taiwan, Timur Tengah dan Eropa Barat.
Melihat peluang pasar yang masih terbuka, Indonesia saat inipun mulai mengembangkan buah belimbing secara komersil dan mulai diintensifkan penanamannya khususnya di daerah DKI Jakarta.
Gambar 1 Buah belimbing (Averrhoa carambola L.)
Karakteristik Buah Belimbing Manis (Averrhoa carambola L.)
Berdasarkan pola respirasinya, buah dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu buah klimaterik dan buah non klimaterik. Buah klimaterik adalah buah yang proses pematangannya terjadi setelah laju respirasi mencapai puncaknya atau buah yang mengalami kenaikan produksi CO2 secara mendadak, kemudian mengalami penurunan yang cepat. Buah non klimaterik adalah buah yang laju respirasinya terus menurun dan tidak mencapai puncaknya. Menurut Oslund dan Davenport (1981) belimbing termasuk kedalam golongan buah non klimaterik, pola respirasi buah tersebut berbeda dengan buah klimaterik, karena setelah dipanen CO2 yang dihasilkan tidak terus meningkat tetapi terus menurun perlahan-lahan.
Setelah mengetahui bahwa buah belimbing tergolong buah non klimaterik maka pemanenan biasanya dilakukan pada saat buah matang dipohon yaitu dengan melihat perubahan warna kulit buahnya dari hijau atau hijau-kekuningan menjadi warna kuning atau kuning-orange. Kandungan gula optimum terdapat pada buah belimbing yang berwarna kuning sempurna, indeks warna kematangan belimbing seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Indeks 1 berwarna hijau tua, buah belum matang dan tidak sesuai untuk dipasarkan. Indek 2 berwarna hijau dan sedikit kekuningan, buah matang dan sesuai untuk diekspor. Indeks 3 berwarna kuning melebihi warna hijau, buah matang dan sesuai untuk diekspor melalui udara. Indek 4 berwarna kuning dominan dibandingkan hijau, buah matang dan sesuai untuk diekspor malalui udara. Indeks 5 warna kuning dengan sedikit warna hijau, buah matang sesuai untuk pasaran lokal.
Indek 6 warna kuning, buah matang dan sesuai untuk pasar lokal. Indek 7 berwarna oranye, buah terlalu matang dan tidak sesuai untuk dipasarkan (FAMA, 2005).
Gambar 2 Indeks warna kematangan buah belimbing (FAMA, 2005)
Buah belimbing memiliki komposisi cukup lengkap terutama kandungan vitamin A dan vitamin C yang relatif tinggi yang digunakan sebagai anti oksidan dan dapat mencegah kanker. Komposisi kimia buah belimbing dan parameter fisikokimia pulp buah belimbing dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Kompisisi kimia buah belimbing manis per 100 gram bahan Kandungan buah Tingkat Kematangan
Muda Setengah Matang Matang Air (g) Protein (g) Lemak (g) Serat (g) Gula preduksi (g) Total gula (g)
Pektin (g kalsium pektat) Pati (g) Titratable acidity (g) Asam askorbat (mg) Tanin (g) 90.65 0.39 0.31 0.92 2.80 2.91 1.64 1.92 0.98 25.2 0.28 90.32 0.40 0.29 1.08 4.31 4.69 1.08 1.28 0.51 25.9 0.22 89.96 0.45 0.32 0.96 5.04 5.60 1.02 1.04 0.36 23.4 0.14 Sumber: Narain et al., 2001
Tabel 2 Parameter fisikokimia pulp buah belimbing
Kandungan buah Tingkat Kematangan
Muda Setengah Matang Matang pH
Derajat Brix
o
Brix/Titratable acidity
2.40 6.01 6.13 2.71 7.30 14.31 3.44 10.83 30.08 Sumber: Narain et al., 2001 Indeks 7
Indeks 1 Indeks 2 Indeks 3 Indeks 4
Penyimpanan Dingin Buah Belimbing
Pendinginan adalah proses pengambilan panas dari suatu bahan sehingga suhunya akan menjadi lebih rendah dari sekelilingnya. Prinsip penyimpanan dingin adalah mendinginkan lingkungan secara mekanis dengan penguapan gas cair bertekanan (refrigerant) dalam sistem tertutup. Panas yang diperlukan untuk merubah refrigerant menjadi uap diambil dari ruangan tempat penyimpanan produk (Broto, 2003). Penyimpanan dingin akan memperlambat laju respirasi, menghambat perubahan tekstur, mengurangi laju pertumbuhan mikrobiologis, dan mencegah perkecambahan spora dari beberapa jenis jamur, dengan demikian penyimpanan dingin buah belimbing segar dapat memperpanjang masa simpan buah, mempertahankan mutu, menghindari banyaknya produk ke pasar sehingga dapat meningkatkan keuntungan produsen.
Dalam penyimpanan dingin ini terdapat beberapa faktor lingkungan yang perlu diperhatikan yaitu suhu, kelembaban dan komposisi udara. Ryall dan Lipton (1982) menyebutkan bahwa suhu penyimpanan yang lebih rendah dari suhu optimal produk akan menyebabkan chilling injury, sebaliknya di atas suhu optimal akan mengurangi umur simpan produk. Secara umum penyimpanan dingin dilakukan pada suhu 2.2 – 15.5oC tergantung pada masing-masing bahan yang akan disimpan.
Thompson (1967) menyebutkan bahwa buah belimbing dapat bertahan selama 3-4 minggu bila disimpan pada suhu 5-10oC dan tahan selama 4-5 hari bila disimpan pada suhu 20oC, sedangkan ASHRAE (2002) menyebutkan bahwa belimbing dapat bertahan selama 3-4 minggu apabila disimpan pada suhu 9-10oC dengan RH berkisar antara 85-90%, sedangkan suhu pembekuannya adalah -1.2oC. Osman dan Mustaffa (1996) menyebutkan bahwa temperatur optimum untuk penyimpanan dingin buah belimbing adalah 10oC. Walaupun demikian ada beberapa sumber diantaranya Campbell (1989) menyebutkan bahwa beberapa varietas belimbing lebih efektif disimpan pada suhu 5oC.
Chilling Injury Buah Belimbing
Chilling injury (CI) adalah gangguan fisiologis yang disebabkan oleh suhu rendah (bukan suhu pembekuan), biasanya buah yang terkena CI sering menunjukkan beberapa gejala kerusakan setelah dikembalikan pada suhu normal (non-chilling) (Jackman et al, 1988 dan Parkin et al, 1989 dalam Marangoni et al, 1996). Mucthadi dan Sugiyono (1989) mengemukakan bahwa pada suhu rendah
(0-10oC) buah-buahan dapat mengalami kerusakan karena tidak dapat melakukan proses metabolisme secara normal.
Menurut Wam dan Lan (1984) dan Rohaeti (2010) CI terjadi pada buah belimbing manis muda yang disimpan pada suhu 5oC, sedangkan gejala CI yang ditunjukkan adalah layu pada permukaan buah, bintik-bintik coklat pada permukaan buah, sirip buah menjadi coklat (browning) dan gagal matang setelah dikeluarkan dari ruang pendingin. Gejala-gejala kerusakan dingin ini akan semakin meningkat seiring dengan lamanya waktu penyimpanan. Begitu pula dengan Ali et al., (2004) menyebutkan gejala CI terlihat pada penyimpanan buah belimbing indeks 1 dan 2 (matang hijau) pada suhu 5oC dan 10oC setelah 10 dan 20 hari penyimpanan. Gejala CI tersebut selain pencoklatan pada kulit buah yang terjadi setelah buah dikembalikan pada suhu ruang adalah terjadinya peningkatan laju kehilangan air dan perubahan warna kulit, begitu juga dengan kehilangan tekstur buah terjadi sangat cepat karena aktivitas enzim memodifikasi dinding sel buah.
Gambar 3 Kerusakan belimbing selama penyimpanan dingin (Campbell, 1989)
Mekanisme terjadinya CI antara lain adalah terjadinya respirasi abnormal, perubahan lipid dan asam dalam dinding sel, perubahan permeabilitas membran sel, perubahan dalam reaksi kinetika dan termodinamika, ketimpangan distribusi senyawa kimia dalam jaringan dan terjadinya penimbunan metabolit beracun (Pantastico, 1984). Kays (1991) menyebutkan bahwa pada beberapa buah-buahan yang mengalami CI akan memberikan beberapa respon, pertama yaitu perubahan fisik di dalam membran plasma, kedua yaitu adanya stimulasi dari sintesa etilen, bertambahnya laju respirasi, aktivasi energi, pengurangan proses fotosintesis, gangguan di dalam produksi energi dan adanya perubahan struktur sel.
CI dapat dihindari jika sebelum muncul gejalanya buah dikeluarkan kembali ke suhu di atas ambang batas suhu optimumnya. Secara teoritis semakin rendah suhu penyimpanan, kemampuan respirasi buah-buahan segar semakin dapat dihambat karena pada suhu penyimpanan yang rendah solubiditas dari cairan dalam sel buah-buahan akan semakin tinggi yang dapat menekan proses respirasi produk (Purwanto
et al., 2005). Tetapi sebaliknya, suhu rendah dapat menyebabkan dinding sel rusak sehingga pada saat produk dikeluarkan dari suhu rendah, air di dalam sel akan keluar melalui dinding sel yang telah rusak dan mengakibatkan rusaknya buah tersebut. Kerusakan ini sering tidak terlihat dari luar selama buah masih berada di dalam ruang pendingin, akan tetapi jika diamati melalui parameter internal seperti laju kebocoran ion (ion lakage) pada buah tersebut, sebenarnya sudah terjadi perubahan yang sangat signifikan (Purwanto et al., 2005). Kebocoran ion atau ion leakage (IL) telah digunakan sebagai indikator kerusakan pada membran plasma dan CI (Marangoni, 1996). Gejala terjadinya kerusakan dingin dapat diamati dari kenaikan presentasi IL yang menunjukkan besarnya membran sel yang pecah.
Membran Plasma dan Ion Leakage (IL)
Dugaan kuat yang diperoleh dari beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa membran yang terkena CI mengalami perubahan dalam sifat-sifat biofisik yang berkaitan dengan komposisinya dan kemudian dapat mengubah fungsinya. Teori modern berfokus pada membran plasma sebagai tempat terjadinya kerusakan akibat CI. Pantastico (1984) mengungkapkan bahwa perubahan-perubahan dalam permeabilitas membran kemungkinan menjadi penyebab kerusakan dingin.
Membran plasma adalah lapisan dalam sel tumbuhan, juga merupakan batas yang memisahkan sel hidup dari sekelilingnya yang mati (Gambar 4). Membran plasma memiliki sifat semipermeabel atau selektif permeabel yang berfungsi mengontrol lalulintas ion ke dalam dan ke luar sel yang ada di sekelilingnya. Lipid dan protein merupakan bahan utama penyusun membran sedangkan lipid yang paling banyak menyusun membran adalah fospolipid yang berupa fosfogliserida, yang mengandung dua molekul asam lemak yang berikatan antara ester dengan gugus hidroksil pertama dan kedua pada gliserol (Lehninger, 1993). Kemampuan fospolipid untuk membentuk membran disebabkan oleh struktur molekulnya, dimana fospolipid merupakan suatu molekul ampifatik, yang berarti molekul ini memiliki daerah hidrofilik maupun daerah hidrofobik. Pada suhu kritis, fospolipid mengendap dalam suatu susunan yang rapat dan membrannya membeku sehingga saat dikeluarkan dari ruang pendingin membran pecah dan menyebabkan kebocoran ion (ion leakage). Suhu beku membran tergantung pada komposisi lipidnya (Mitchell, 2000).
Gambar 4 Struktur Membran plasma (Cummings, 2007)
Pada tumbuhan dan sel tubuhnya mengandung larutan elektrolit seperti KCl, NaCl, MgSO4 yang terdisosiasi menjadi ion-ion bila larut dalam air (Saeni, 1989 dalam Hutabarat 2008). Potensial membran adalah beda potensial elektrik antara dinding sebelah luar dan dinding sebelah dalam dari suatu membran sel yang berkisar antara -50 hingga -200 milivolt (tanda minus menunjukkan bahwa di dalam sel bersifat negatif dibandingkan dengan di luarnya). Semua sel memiliki tegangan melintasi membran plasmanya, dimana tegangan ialah energi potensial listrik-pemisahan muatan yang berlawanan. Sitoplasma sel bermuatan negatif dibandingkan dengan fluida ekstraseluler disebabkan oleh distribusi anion dan kation pada sisi membran yang berlawanan yang tidak sama (Gambar 5). Potensial membran ini bertindak sebagai baterai, yaitu suatu sumber energi yang mempengaruhi lalulintas semua substansi bermuatan yang melintasi membran. Perubahan lingkungan dapat mempengaruhi potensial membran dan sel itu sendiri, meningkatnya kerusakan membran plasma pada saat dikeluarkan dari ruang penyimpanan dingin menyebabkan cairan sel akan keluar sehingga terjadi kebocoran ion yang tinggi.
Gambar 5 Ilustrasi perbedaan konsentrasi pada sisi yang berbeda dari suatu membran sel menghasilkan perbedaan tegangan (Wikipedia, 2011)
Kolosterol Protein Molekul kolosterol di dalam lapisan lipis membran
Ekor lipid yang menjadi struktur dalam membran sel Kepala fosfolipid merupakan bagian yang berair pada membran plasma
Permukaan intraselular membran
Membran terbagi menjadi lapisan yang beku dan patah dilihat dari mikroskop elektron Rantai glikoprotein Glikolipid Permukaan extraselular membran Bagian hidrofilik Bagian hidrofobik
Ion merupakan muatan larutan baik berupa atom maupun molekul, dan dengan reaksi transfer elektron sesuai dengan bilangan oksidasinya menghasilkan ion. Konsentarasi ion menentukan banyaknya ion yang ada pada larutan tetapi bukan selalu berbanding lurus dengan besarnya konduktivitas membran karena membran mempunyai karakter yang khas (Athis, 1995). Konduktivitas listrik atau daya konduksi yang spesifik (electrical conductivity) adalah suatu ukuran dari suatu kemampuan material untuk menghasilkan arus listrik dengan satuan siemens/meter (S/m) dalam SI. Siemens sendiri merupakan kebalikan dari hambtan listrik, jadi 1/Ω = siemens.
Tekstur buah bergantung pada ketegangan, ukuran, bentuk dan keterikatan sel-sel. Ketegangan disebabkan oleh tekanan isi sel pada dinding sel dan bergantung pada konsentrasi zat-zat osmotik aktif di dalam vakuola, permeabilitas protoplasma dan elastisitas dinding sel. Dalam osmosis zat-zat bergerak dari daerah dengan energi kinetik tinggi ke daerah dengan energi kinetik rendah karena zat-zat yang terlarut di dalamnya, sebagai akibatnya air berdifusi ke dalam sel. Difusi terus menerus meningkatkan jenjang energi sel yang mengakibatkan peningkatan tekanan sehingga mendorong sitoplasma ke dinding sel dan menyebabkan sel menjadi tegang. Bila jenjang di luar sel lebih rendah akan terjadi difusi zat-zat keluar sel yang menyebabkan plasmolisis atau kematian sel (Nobel, 1991). Plasmolisis dapat terjadi apabila tekanan di dalam sel terus berkurang sampai di suatu titik dimana protoplasma sel terkelupas dari dinding sel, menyebabkan adanya jarak antara dinding sel dan membran dan pada akhirnya akan menyebabkan terjadinya cytorrhysis atau runtuhnya seluruh dinding sel. Perubahan bentuk fisik membran pada suhu rendah diduga merupakan penyebab terjadinya IL dari jaringan tanaman yang sensitif terhadap suhu rendah.
Gambar 6 Sel tumbuhan dalam kondisi plasmolisis (Comcast, 2011)
Near Infrared (NIR) Spectroscopy
Spectroscopy adalah ilmu yang mempelajari antaraksi antara bahan dan energi radiasi. Energi radiasi dapat dibayangkan sebagai medan-medan listrik dan magnet yang terus berosilasi secara tegak lurus pada arah rambatannya. Spectroscopy pada awalnya dipelajari melalui sebuah cahaya tampak yang didispersikan kedalam panjang gelombangnya masing-masing melalui sebuah prisma. Data spektroskopik bisanya disajikan dalam bentuk spektrum, yaitu berupa plot data yang menggambarkan fungsi dari frekuensi dan panjang gelombang. Spektrometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengaktifkan energi gelombang elektromagnetik tertentu. Spektrometer memiliki detektor yang sesuai dengan daerah gelombang elektromagnetik yang berfungsi untuk menangkap kembali tingkat absorbsi energi oleh sampel.
Near infrared (NIR) merupakan gelombang elektromagnetik yang ditemukan oleh Friedrich Wilhem Herschel pada tahun 1800, memiliki panjang gelombang antara 750-2600 nm yang terletak diantara gelombang cahaya tampak (visible light) dan cahaya inframerah (infrared). NIR banyak digunakan untuk menentukan kandungan kimia suatu bahan organik karena ikatan molekul bahan organik sangat peka pada kisaran panjang gelombang NIR. Semua bahan organik terdiri dari atom-atom, terutama atom karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, pospor dan sulfur. Atom-atom tersebut terikat secara kovalen dan elektrovalen untuk membentuk molekul. Ketika molekul tersebut disinari dengan energi dari luar, maka molekul-molekul tersebut mengalami perubahan energi potensial (Murray dan Williams, 1990).
Radiasi elektromagnetik dapat dinyatakan dalam bentuk frekuensi (v), panjang gelombang (λ), atau bilangan gelombang (v1) yaitu ciri gelombang yang berbanding lurus dengan energi. Bentuk umum yang paling sering digunakan adalah bentuk panjang gelombang dalam satuan nanometer (nm) dan jumlah gelombang dalam satuan sepercentimeter (cm-1). Kedua satuan tersebut dapat dikonversi dengan menggunakan persamaan: ) ( 000 . 000 . 10 ) ( 1 1 cm v nm ... 1
Intensitas penyerapan dapat dinyatakan sebagai transmitan dengan persamaan:
O
I I
Nilai I adalah intensitas energi yang keluar dari sampel, dan Io adalah energi yang mengenai sampel. Hukum Beer-Lambert menyatakan bahwa penyerapan dapat dinyatakan dengan persamaan:
A kcl T Log I I Log o 1 10 10 ... 3 Nilai A adalah absorban, k adalah konstanta proporsi, c adalah konsentrasi penyerapan molekul dan l adalah jarak antara sumber energi ke sampel.
Saat radiasi mengenai partikel-partikel sampel maka radiasi dapat dipantulkan, diserap atau diteruskan. Nilai yang terukur berupa nilai radiasi pantulan (reflectance) yang dapat ditransformasikan kedalam radiasi yang diserap (absorbance) dengan persamaan:
R Log A 10 1 ... 4
Gambar 7 Proses penyinaran nearinfrared pada sampel
Setelah dipancarkan maka radiasi NIR akan diserap oleh semua bahan organik dan informasi utama yang dapat diekstrak adalah stretching dan bending ikatan kimia C-H (seperti bahan organik turunan minyak bumi), C-H dan N-H (seperti protein dan asam amino) yang merupakan ikatan dasar dari semua ikatan kimia bahan organik. Informasi tersebut dapat dilihat dari pantulan NIR yang dihasilkan dalam bentuk spektra pantulan (reflektan). Parameter ini dijelaskan oleh panjang gelombang dalam nanometer, amplitude dengan tinggi pucuk gelombang menjelaskan intensitasnya. Dengan dua parameter ini seluruh informasi penyerapan dari suatu bahan dapat dijelaskan (Gambar 8).
Gambar 8 Contoh pola spektrum NIR dari sampel tepung sereal (Patil, 2007)
Absorbtion Infrared
Reflection
Informasi yang terkandung dalam spektra NIR dapat diambil dengan menggunakan berbagai teknik analisis multivariabel yang disebut juga dengan kemometrik. Tujuan dari teknik ini adalah untuk membuat model kalibrasi yang mampu memprediksi karakteristik sampel yang tidak diketahui. Teknik analisis multivariabel tersebut dibagi kedalam dua jenis yaitu berdasarkan hubungan linieritas parameter dan non-linieritas parameter. Multiple Linier Regresion (MLR), Principle Componen Regression (PCR), dan Partial Least Squares (PLSR) adalah metode kalibrasi yang mengandalkan sifat liner antara parameter dugaan dengan parameter referensi. Jaringan Saraf Tiruan (JST) adalah metode kalibrasi yang dibangun tidak berdasarkan hubungan nonlinier parameter.
Partial Least Squares (PLS)
Teknik analisis multivariabel yang sering digunakan dalam proses kalibrasi data spektra NIR adalah model Partial Least Squares (PLS). Louw dan Theron (2010) menggunakan PLS untuk membangun model prediksi kualitas buah plum Jepang. Mireei et al., (2010) menggunakan PLS dalam membangun model kalibrasi untuk memprediksi kadar air dan Total Padatan Terlarut (TPT) buah kurma Mazafati, model yang diperoleh sangat baik dengan nilai R2 = 0.980 dan 0.966 masing-masing untuk kadar air dan TPT.McGlone dan Kawano (1998) memprediksi kekerasan, dry-matter dan TPT buah kiwi dengan menggunakan model PLS dan dapat memprediksi kandungan bahan tersebut dengan ketepatan hasil untuk kekerasan adalah R2 = 0.66 dan RMSEP = 7.8 N, untuk dry-matter R2 = 0.90 dan RMSEP = 0.42% dan untuk TPT R2 = 0.90 dan RMSEP = 0.39oBrix.
Partial Least Squares (PLS) merupakan suatu metode analisis multivariabel untuk membangun model prediksi dari variabel-variabel yang banyak dan memiliki kolinieritas yang tinggi, atau dengan kata lain metode ini berguna untuk memprediksi variabel tak bebas (dependent) dari sejumlah besar variabel bebas (independent), memiliki struktur sistematik linier ataupun non linier (Tobias, 2011). Metode PLS ini hampir sama dengan metode principal components regression (PCR). Perbedaanya terletak pada proses penetuan komponen utama atau principal components (PC). Dalam PCR komponen utama dihitung masing-masing pada peubah x dan peubah y secara terpisah, atau dengan kata lain komponen utama pada data spektra NIR dan data destruktif ditentukan secara terpisah, sedangkan pada PLS komponen utama ditentukan berdasarkan variasi maksimum data spektra dan data destruktif secara
bersamaan. Pada setiap iterasi dalam PLS keragaman peubah-peubah x dan keragaman peubah-peubah y saling mempengaruhi, dimana struktur ragam kelompok peubah y mempengaruhi kombinasi linier kelompok peubah x dan begitu pula sebaliknya. Metode PLS diperoleh secara iteratif dan tidak memiliki formula tertutup untuk mencari ragam koefisien regresinya.
Algoritma PLS adalah sebagai berikut (Williams dan Norris, 1990):
Langkah pertama adalah pemusatan data matriks X dan vektor c dengan persamaan: x X U 1 ... 5 c c v 1 ... 6 Untuk masing-masing faktor baru yaitu a = 1, 2,….., A, dilakukan melalui langkah 1 sampai 4 yaitu:
1. Residual data destruktif (v) digunakan untuk menghitung loading vektor NIR (pa) menggunakan kuadrat terkecil dengan persamaan:
E vp
U a ... 7 kemudian hasilnya dinormalisasi dengan persamaan:
U kv
pa '
... 8 dimana k adalah scaling factor yang membuat panjang pa
sama dengan satu dan jika dibutuhkan pa
dapat dimodifikasi (misalnya dengan perlakuan smoothing) sebelum dinormalisasi.
2. Menghitung faktor-faktor regresi (ta) dengan kuadrat terkecil dari nilai pa dengan persamaan:
E p t
U aa ... 9 atau hasil kuadrat terkecil dapat ditulis menjadi:
̂ ̂
3. Menghitung loading vektor data destruktif dengan persamaan: f
Tq c
c1 )
( ... 10 dimana T adalah faktor regresi laten, q adalah loading vektor data destruktif dan f adalah error.
4. Persiapan residual baru dengan persamaan: Tq c c v 1 ... 11 TP x X U 1 ... 12 Selanjutnya kembali kelangkah 1 jika nilai a < A.
Pada tahap prediksi oleh metode PLS, untuk menentukan model regresi dari sebuah data spektra NIR xi, ditentukan residual data spektranya dengan persamaan: ̂ ̅ ̂ ̂ ... 13 lalu konsentrasi data destruktif ditentukan dari ̅ dan ̂:
̂ ̅ ̂ ̂ ... 14 atau juga dapat ditulis dengan persamaan:
̂ ̂ ̂ ... 15 dimana:
̂ ̅ ̅ ̂ dan ̂ ̂ ̂ ... 16
Jaringan Saraf Tiruan (JST)
JST adalah sistem pemroses informasi yang memiliki karakteristik mirip dengan jaringan saraf biologi. JST dibentuk dengan generalisasi model matematika dari jaringan saraf biologi, dengan asumsi: (1) pemrosesan informasi terjadi pada banyak elemen sederhana (neuron), (2) sinyal dikirim diantara neuron-neuron melalui penghubung-penghubung, (3) penghubung antar neuron memiliki bobot yang akan memperkuat atau memperlemah sinyal, (4) untuk menentukan output, setiap neuron menggunakan fungsi aktivasi (biasanya bukan fungsi linier) yang dikenakan pada jumlah input yang diterima. Besarnya output ini selanjutnya akan dibandingkan dengan suatu ambang batas.
JST ditentukan oleh tiga hal: pertama, pola hubungan antar neuron (disebut dengan arsitektur jaringan). Kedua, metode untuk menentukan bobot penghubung (disebut dengan metode training/learning/algoritma). Ketiga, fungsi aktivasi (Siang, 2009).
Model JST merupakan suatu bentuk arsitektur yang terdistribusi paralel dengan sejumlah besar node dan hubungan antar node. Arsitektur jaringan akan menentukan keberhasilan target yang akan dicapai karena tidak semua permasalahan dapat diselesaikan dengan arsitektur yang sama. Arsitektur JST diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu: jaringan dengan lapisan tunggal (single layer net), jaringan dengan banyak lapisan (multilayer net) dan jaringan dengan lapisan