Tandan Buah Segar (TBS) Kelapa Sawit
Struktur tandan buah sawit dibagi atas tiga bagian yaitu bagian atas (apikal), bagian tengah (middle) dan bagian bawah (basal) yang masing-masing terdiri dari buah-buah yang penampakannya berlainan, bentuk ataupun ukurannya seperti yang tersaji pada Gambar 3. Bagian apikal tandan, berada pada sekitar lokasi sepertiga bagian atas tandan, bagian basal tandan berada pada sepertiga bagian bawah tandan, sedangkan bagian tengah tandan (middle) terdapat diantara apikal dan basal (Ooi dan Tam 1976, dalam Muchtadi 1992)
Gambar 3 Morfologi tandan buah sawit
Pada bagian tengah tandan terdapat buah-buah yang besarnya merata, berukuran lebih besar daripada bagian atas atau bawah.Sedangkan bagian bawah tandan terdapat buah-buah yang lebih kecil daripada bagian atas atau tengah, terutama pada bagian pangkalnya karena pertumbuhannya terdesak oleh pangkal batang daun atau ketiak pelepah daun pada tempat kedudukan tandan tersebut (Muchtadi 1992). Sebaris buah terlekat oleh setiap kelopaknya, yang disebut karpel, pada ranting, dan sejumlah baris ranting berpangkal pada hati (core), berupa tangkai tandan. Pada setiap ranting juga berlaku istilah apikal (bagian atas ranting), bagian tengah (middle) serta basal (bagian bawah) ranting (Gian dan Chan 1987 dalam Muchtadi 1992)
Dalam satu tandan sawit, terdapat 46% buah yang berukuran panjang sekitar 2 - 5 cm dan berat 3 - 30 gram, berwarna untuk hitam pada saat muda, kemudian akan berwarna kuning merah pada saat matang, buah sawit terdiri atas bagian buah (perikarp) termasuk kulit luar (eksokarp), dan daging buah (mesokarp) serta bagian biji (endokarp) yang meliputi tempurung dan inti (endospera) atau kernel. Pada ujung apikal buah terdapat bagian yang tajam, seperti duri, yang disebut apex dan tempat melekatnya buah pada tangkai tandan diselaputi oleh kelopak buah yang disebut karpel seperti yang tersaji pada Gambar 4 (Muchtadi 1992).
Gambar 4 Penampang buah sawit
Tempurung (Endokarp) Daging buah (Mesokarp) Inti (endospera) Kulit buah (eksokarp ) Apex
7
Proses Pematangan Buah Sawit
Buah sawit muda yang berumur 3 minggu, berwarna unggu sampai hitam di bagian apikal dan berwarna kuning muda atau putih di bagian basal, pigmen klorofil masih mendominasi sedangkan pigmen karotenoid akan tersentesa bersamaan dengan terbentuknya lemak dalam sel.Pada buah berumur 10 sampai 13 minggu, sel mesokarp dan inti sawit mulai terisi globula lemak jumlahnya dalam proporsi yang merata meskipun ukuran globulanya masih sangat kecil dan buah berwarna jingga merata. Buah yang berumur 16 minggu akan berwarna merah dan sel mesokarp dan inti sawit terisi penuh oleh globula lemak sedangkan pada buah yang berumur 20 minggu, buah mulai jatuh dari tandan, dinding sel mesokarp dan inti sawit retak dan pecah, kantung lemak tersobek, minyak keluar dari sel, serta pigmen klorofil disini sudah tidak ada sama sekali sedangkan karotenoid sudah terbentuk, jumlahnya mencapai 700 - 800 ppm. Berdasarkan pengamatan histologi jaringan mesokarp atau inti sawit maka umur buah yang tepat untuk dipanen adalah pada saat buah berumur 15 sampai 17 minggu atau terdapat 2 brondolan piringan (Muchtadi 1992).
Pada buah sawit yang masih muda (umur 3 minggu) sudah terdapat kadar minyak meskipun masih sedikit (5,29 %bb / 22,56 %bk) karena masih banyak mengandung air. Sedangkan pada buah yang dewasa (umur 10 minggu) dan tua (umur 13 minggu), ternyata diperoleh kadar minyak sawit yang makin meningkat sampai umur 16 minggu (42,10 %bb / 54,65 %bk), yaitu saat buah matang. Demikian pula kadar minyak inti sawitnya, meskipun pada umur 3 minggu sudah terdapat minyak (4,20 %bb / 20,36 %bk), meningkat pada umur 10 dan 13, sampai 16 minggu (34,32 %bb / 45,02 %bk), setelah itu terjadi penurunan terus sampai pada kondisi buah lewat matang yaitu umur 20 minggu (Muchtadi 1992).
Selama proses pematangan buah, terjadi perubahan fisik dan kimia seperti tekanan turgor pada dinding sel.Warna yang ada pada buah-buahan disebabkan oleh pigmen yang dikandungnya. Pigmen tersebut antara lain; warna hijau disebabkan oleh pigmen klorofil, warna biru atau purple disebabkan oleh pigmen anthocianin, warna merah disebabkan oleh pigmen likopen, warna jingga disebabkan oleh pigmen karoten, dan warna kuning disebabkan oleh xantofil. Selama proses pematangan, klorofil pada kulit buah mengalami degradasi yang menyebabkan munculnya karoten dan xantofil. Secara umum konsentrasi karoten dan xantofil hanya mengalami sedikit perubahan selama pematangan (Winarno dan Wirakartakusumah 1981). Proses perubahan warna dari hijau menuju merah menunjukkan bahwa kandungan klorofil dan daya serap cahaya menurun seiring dengan semakin meningkatnya umur buah. Buah-buahan atau sayur-sayuran yang mengalami pengurangan kandungan klorofil akan berubah warna, kenaikan kandungan pigmen karotenoid menyebabkan perubahan warna dari hijau menjadi kuning, merah muda (orange) atau merah. Sedangkan pigmen antosianin menyebabkan perubahan warna dari merah menjadi ungu (Novianty 2008).
Kreteria matang panen ditentukan pada saat kandungan minyak maksimal dan kandungan asam lemak bebas (ALB) minimal. Kreteria umum yang banyak dipakai adalah berdasarkan jumlah brondolan, yaitu tanaman dengan umur kurang dari 10 tahun jumlah brondolan kurang lebih 10 butir dan tanaman berumur lebih dari 10 tahun jumlah brondolan sekitar 15 – 20 butir (Fauzi et al.2007 ; Kiswanto
matang harus mempunyai sedikitnya satu brondolan dipiringan sebagai tanda buah tersebut dapat dipanen, namun standar panen berdasar 1 brondolan dipiringan bersifat relative, dan tergantung pada iklim dan pengalaman pekebun.
Kadar Minyak dan Asam Lemak Bebas (ALB)
TBS menghasilkan dua jenis minyak yang sangat berlainan, yaitu minyak yang berasal dari sabut (mesokarp) kelapa sawit disebut minyak sawit kasar (CPO/crude palm oil) dan minyak yang berasal dari inti kelapa sawit yang dinamakan minyak inti sawit (PKO/palm kernel oil) (Ketaren 2008). Minyak sawit mengandung trigliserida (94%), asam lemak (3-5%) dan komponen yang jumlahnya sangat kecil (1%), termasuk karotenoid, tokoferol, tokotrienol, sterol, triterpen alkohol, fosfolipida, glikolipida dan berbagai komponen trace element.
Kadar minyak dan ALB berdasarkan tingkat kematangan dapat di lihat pada Tabel 1. Kadar minyak tertinggi yaitu pada umur 13 dan 16 minggu dan kadar ALB dalam buah sawit meningkat seiring bertambahnya umur buah seperti dapat di lihat pada Tabel 2. Hal ini karena aktivitas enzim lipase yang muncul pada buah sawit berumur 20 minggu yang menggurai lemak menjadi asam lemak (Muchtadi 1992).
Tabel 1 Kandungan minyak dan ALB TBS berdasarkan umur (%) Umur (minggu) Kadar minyak (% bk) ALB (%) 3 26,56 0,84 10 27,92 1,39 13 37,48 2,54 16 54,65 2,95 20 43,46 4,22
Tabel 2 Kandungan senyawa asam lemak bebas pada beberapa umur tandan buah sawit (%) Umur (minggu) C14 = 0 miristat C16 = 0 palmitat C18= 0 stearat C18= 1 oleat C18= 2 linoleat C18= 3 linolenat 3 1,31 53,73 3,30 32,97 8,24 0,20 10 1,10 50,19 2,49 36,12 9,28 0,21 13 1,15 52,88 2,76 34,50 9,04 0,23 16 1,12 48,69 3,43 35,77 9,92 0,22 20 1,17 50,19 3,67 35,7 8,74 0,23
9
Spektroskopi Ultraviolet - Visible
Interaksi energi radiasi dengan bahan adalah merupakan dasar teori spektroskopi. Radiasi yang berasal dari sinar terdiri dari panjang gelombang dari yang sangat pendek sampai yang sangat panjang seperti pada Gambar 5. Ada dua persmaan dasar yang digunakan di dalam spektroskopi, yaitu :
v = C...(1) Dimana :
= panjang gelombang radiasi (cm) v = frekuensi radiasi (putaran/detik) C = kecepatan sinar (3 x 1010 cm/detik)
...(2)
Dimana :
E = energi radiasi
h = tetapan planck (6.62 X 10-27 erg.detik)
Dari persamaan 2. dapat di lihat bahwa energi radiasi berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Makin tinggi panjang gelombang maka energi radiasi makin lemah dan sebaliknya.
Gambar 5 Spektrum elektromagnetik
Menurut Lambert, fraksi penyerapan sinar tidak bergantung pada intensitas cahaya (I), sedangkan Beer menyatakan bahwa serapan sebanding dengan jumlah molekul yang menyerap. Jika suatu berkas sinar melewati suatu medium homogen, sebagian dari sinar datang (Io) akan diabsorpsi dan sisanya akan di transmisikan (It). Menurut Lambert dan Beer serta Bauger :
Panjang gelombang (nm) 1 m Daerah spektrum Eksitasi Bilangan gelombang (cm-1) 200 50 m Gel. Mikro Rotasi & vibrasi molekul Rotasi molekul 106 50000 26300 12800 4000 660 16 m 30 cm UV hampa UV dekat Elektron valensi IR dekat Tampak IR IR jauh 10 nm 200 nm 380nm 780 nm 0,78 m 2,5 m
...(3)
...(4) ...(5) Dimana :
b = jarak tempuk optik c = konsentrasi
a = tetapan absorptivitas T = transmitansi
A = absorbansi
Spektrofotometri UV/Vis adalah teknik analisis spektroskopi yang memakai sumber radiasi elektromagnetik ultra violet dekat (190 –380) dan sinar tampak (380 –780) dengan menggunakan instrumen spetrofotometer. Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometer UV - Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibanding kualitatif. Peralatan Spektrofotometer UV - Vis terdiri dari sumber cahaya, monokromator, sel (kuvet), detektor, amplifier dan rekorder (Purwati 1987).
Aplikasi Ultraviolet Visible untuk Penentuan Tingkat Kematangan TBS
Junkwo et al. (2009) telah melakukan penelitian untuk menguji kandungan minyak, ALB sawit dan kematangannya dengan menggunakan kamera hiperspektruml. Kamera tersebut memiliki panjang gelombang 400 – 1000 nm. Kamera tersebut digunakan pada kondisi lingkungan yang terkontrol dengan TBS yang telah dipotong terlebih dahulu. Kematangan ditentukan berdasarkan nilai pantulan relatif rata-rata dari tandan dan buah sawit. Data diolah menggunakan SMLR (Stepwise Multiple Linear Regresion). Hasil penelitian menunjukkan perbedaan sangat jelas pada nilai reflektan relatif rata-rata pada buah dengan panjang gelombang terbaik yaitu pada 740, 750 dan 760 nm. Kemudian Saeed et al. (2011) mengevaluasi sebuah multi-band portabel, sistem sensor optik aktif; yang terdiri dari empat band spektruml, 570 670, 750, dan 870 nm, untuk mendeteksi tingkat kematangan tandan buah kelapa sawit segar. Band tersebut dipilih berdasarkan spektum elektromagnetik buah sawit dimana 570 nm mewakili warna hijau, 670 nm mewakili warna merah, 750 nm dan 870 nm mewakili spektrum infra merah dekat. Hasil ANOVA menunjukkan bahwa reflektanband 670 nm dapat membedakan kematangan dari buah sawit sedangkan reflektanband 570, 750, dan 870 nm, tidak dapat membedakan antara mentah dan matang dari buah sawit. Analisis diskriminan kuadratik dan analisis diskriminan dengan pengklasifikasi jarak Mahalanobis menghasilkan akurasi tertinggi secara keseluruhan rata-rata lebih besar dari 85% dalam mengklasifikasikan tingkat kematangan kelapa sawit. Selain itu, kelas rata-rata akurasi klasifikasi individu (mentah, matang, dan masak) juga lebih tinggi dari 80%. Jadi,
11
penginderaan optik menggunakan empat-band sistem sensor dapat berguna untuk klasifikasi tingkat kematangan minyak sawit dalam kondisi lapangan.
Lebih lanjut Hazir et al. (2011) menganalisis potensi flavonoid dan antosianin sebagai prediktor untuk mengklasifikasikan tingkat kematangan TBS minyak sawit menggunakan sensor fluoresensi multi-parametrik, dikendalikan oleh komputer dengan empat sumber cahaya (eksitasi Light Emitting Diode
(LED)) pada panjang gelombang 375 nm UV-A (UV), 530 nm Hijau (G), dan 630 nm Merah (R) dan tiga fotodioda untuk mendeteksi emisi fluoresensi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan flavonoid dan antosianin menurun dari tingkat kematangan tandan buah segar kelapa sawit yang belum matang ke tandan buah segar kelapa sawit yang matang. Secara keseluruhan, hubungan menggunakan korelasi Pearson antara flavonoid dan antosianin adalah R2 = 0,84 dan ketepatan hubungan yang paling menonjol adalah pada tahap terlalu-matang, sebesar 90%. Analisis statistik menggunakan analisis varians (ANOVA) dan
pair-wise testing membuktikan bahwa kedua prediktor memberikan perbedaan yang signifikan antara tingkat kematangan kurang matang, matang, dan terlalu-matang. Analisis klasifikasi dilakukan dengan menggunakan kedua prediktor bersama-sama dan secara terpisah melalui beberapa metode. Ketepatan klasifikasi tertinggi secara keseluruhan adalah 87,7% menggunakan Gradient Stochastic. Metode klasifikasi lainnya digunakan baik independen atau kedua prediktor bersama-sama dan memberikan hasil yang berbeda, antara 50 hingga akurasi 85%. Penelitian ini membuktikan bahwa flavonoid dan antosianin dapat digunakan sebagai prediktor klasifikasi tingkat kematangan tandan buah kelapa sawit segar.
Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan komputer mikro yang dibuat dalam bentuk chip semikonduktor. Mikrokontroler telah banyak digunakan di berbagai peralatan elektronik, dari peralatan rumah tangga, perangkat audio-video, pengendali mesin-mesin industri sampai pesawat ruang angkasa. Sebuah komputer mikro memiliki tiga komponen utama, unit pengolah pusat, memori, dan sistem input/output untuk dihubungkan dengan perangkat luar (Usman 2008).
Mikrokontroler yang ada saat ini salah satunya adalah mikrokontroler jenis AVR (Advanced Virtual RISC ) yang pertama kali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Saat ini mikrokontroler AVR memiliki banyak seri. Setiap seri memiliki perbedaan kemampuan, feature- feature, ukuran chip dan harga. Dimana pada beberapa seri mikrokontroler ini telah memiliki ADC dan PWM. Mikrokontroler AVR menggunakan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), yang memberikan kemampuan untuk melaksanakan instruksi dengan cepat karena mengurangi jumlah instruksi level mesin. Pengurangan jumlah instruksi ini berpengaruh pada kecepatan yang disebabkan karena dengan jumlah instruksi mesin yang terbatas, kebanyakan dapat berjalan dalam satu putaran dari
clock processor. Dipandang dari segi MIPS (million of instructions per second), AVR yang menggunakan clock 8 MHz dapat mengeksekusi 8 juta instruksi perdetik atau 8 MIPS (Barnet et al. 2006).