IDENTIFIKASI INDIKATOR DAN MEDIUM UNTUK LABEL
CERDAS PENCATAT UMUR SIMPAN PRODUK
RIRIS OCTAVIASARI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Identifikasi Indikator dan Medium untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
RIRIS OCTAVIASARI. Identifikasi Indikator Dan Medium Untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk. Dibimbing oleh ENDANG WARSIKI.
Umur simpan merupakan faktor penting dalam menentukan kualitas dan keamanan pangan untuk dikonsumsi. Lemari es menjadi salah satu alternatif dalam memperpanjang umur simpan produk. Identifikasi umur simpan sulit dilakukan jika produk yang disimpan semakin banyak. Label cerdas dari Time Temperature Indicators (TTI) dapat mencatat umur simpan produk berdasarkan lama waktu penyimpanan. Pada penelitian ini dilakukan identifikasi indikator dan medium untuk pengembangan label cerdas berbasis difusi zat cair pada medium. Penelitian menggunakan medium (kertas Buffalo, HVS 80 gr, foto, concord, gambar dan karton duplex), indikator viskositas rendah (tinta boardmarker, stempel, bak, tato permanen, dan tato non permanen) dan indikator viskositas tinggi (minyak goreng, oli A dan oli B). Tahap awal dilakukan karakterisasi meliputi uji gramatur, rapat massa, densitas dan viskositas untuk mengetahui sifat indikator dan medium. Identifikasi dilakukan dengan mengukur panjang peresapan indikator pada medium jam ke 24, 48, 72 dan 96 kondisi suhu 30.15°C dan 50°C untuk minyak goreng, serta 30.15°C dan 5°C untuk oli A dan B. Slope panjang peresapan terhadap waktu adalah tetapan laju (k), sedangkan slope ln k terhadap 1/T adalah energi aktivasi (Ea). Indikator dan medium terbaik dipilih berdasarkan tingginya nilai Ea. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tinta tidak dapat meresap selama penyimpanan karena volatilitas tinggi dan viskositas rendah, sedangkan minyak goreng, oli A dan oli B mempunyai panjang peresapan tertentu selama penyimpanan. Indikator dan medium dapat mendeteksi umur simpan selama 4 hari penyimpanan. Berdasarkan energi aktivasi, maka indikator oli A sesuai untuk label cerdas. Medium yang baik untuk pengembangan label berdasarkan energi aktivasi rendah hingga tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto.
Kata kunci: Indikator warna, difusi, pencatat umur simpan
ABSTRACT
RIRIS OCTAVIASARI. Identification Of Indicator And Material For Product Shelf Life Recorder Smart Label. Supervised by ENDANG WARSIKI.
was characterizations such as grammage, density, mass density and viscosity test aimed to determine the properties of indicators and materials. Identification was implemented by measuring the diffusion length of indicator in the material at 24, 48, 72 and 96 h in temperature of 30.15°C and 50°C for cooking oil, while 30.15°C and 5°C for oil A and B. The slope of diffusion length versus time is called by rate constant (k), where as the slope of ln k versus 1/T is called by activation energy (Ea). Best indicator and the material were selected based on their high value of Ea. Result showed that the ink was not be absorbed during storage due to its high volatility and low viscosity, while cooking oil, lubricant A and lubricant B have specific diffusion length during storage. These indicators and materials were able to detect up to 4 days of shelf life during storage. Based on activation energy, the most suitable indicator for smart label was lubricant A. The best materials for this label development sequentially from low-to-high activation energy were buffalo paper, duplex cartons, drawing paper, concord, HVS 80 g and photo paper.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
IDENTIFIKASI INDIKATOR DAN MEDIUM UNTUK
LABEL CERDAS PENCATAT UMUR SIMPAN PRODUK
RIRIS OCTAVIASARI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Identifikasi Indikator dan Medium untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk” ini.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Endang Warsiki, S.TP., M.Si selaku dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya selama penulis menyelesaikan penelitian dan skrispi, kepada Prof. Djumali Mangunwidjaja, DEA dan Dr. Eng. Taufik Djatna, S.TP., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis, kepada kedua orang tua tercinta Sucipto, Umiati, Eyang dan Ahmad Mujiburrahman, serta semua sahabat atas segala kasih sayang, dukungan, dan doanya selama ini. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Teknologi Industri Pertanian atas dana bantuan penelitian yang telah diberikan, seluruh staf pengajar dan laboran Laboratorium Teknologi Industri Pertanian atas segala ilmu dan bantuannya, serta kepada seluruh keluarga besar Teknologi Industri Pertanian 47 untuk pelajaran dan pengalamannya selama ini.
Penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Kemasan Cerdas 2
Time-Temperature Indicator (TTI) 3
Difusi 4
Potensi Pemanfaatan Indikator dan Medium 5
Tetapan Laju dan Energi Aktivasi 7
METODE PENELITIAN 8
Alat dan Bahan 8
Prosedur Penelitian 8
Karakterisasi Medium 8
Karakterisasi Zat Cair 9
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Medium 10
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Karakterisasi Medium 13
Gramatur 13
Rapat Massa 14
Karakterisasi Zat Cair 15
Densitas 15
Viskositas 16
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Kertas 17
Tetapan Laju Serapan dan Energi Aktivasi 21
PENUTUP 30
Simpulan 30
Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 30
DAFTAR TABEL
1 Perbedaan viskositas minyak goreng, oli A dan oli B 16 2 Laju serapan dan R2 zat cair pada kertas 20 3 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng, oli A dan
oli B pada suhu 30.15°C 23
4 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng (50°C),
oli A (5°C) dan oli B (5°C) 25
5 Nilai energi aktivasi (Ea) 28
DAFTAR GAMBAR
1 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator
viskositas rendah 11
2 Diag alir pembuatan label cerdas I 11
3 Diag alir pembuatan label cerdas II 12
4 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator
viskositas tinggi 12
5 Grafik hubungan jenis kertas dengan nilai gramatur 13 6 Grafik hubungan jenis kertas dengan nilai rapat massa 14 7 Grafik hubungan antara densitas dan suhu pada minyak goreng, oli
A dan oli B 15
8 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan minyak goreng pada
medium 19
9 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan oli A pada medium 19 10 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan oli B pada medium 19
11 Indikator minyak goreng 21
12 Indikator oli 21
13 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak
goreng pada 30.15°C 22
14 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli A
30.15°C 22
16 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak
goreng (50°C) 24
DAFTAR LAMPIRAN
1 Penjabaran kinetika orde satu hukum Fick dalam penentuan koefisien
panjang peresapan 33
2 Peresapan panjang tinta pada kertas jam ke-0 sampai jam ke-1 34 3 Nilai rataan panjang serapan setiap jenis kertas pada indikator minyak
goreng, oli A dan oli B penyimpanan jam ke-0 sampai jam ke-96 pada
suhu ruang (30.15°C) 35
4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Umur simpan merupakan rentang waktu antara saat produk mulai dikemas dengan mutu produk yang masih memenuhi syarat dikonsumsi. Informasi mengenai umur simpan produk sangat penting untuk dicantumkan karena berhubungan erat dengan kualitas dan keamanan produk pangan. Dengan adanya informasi umur simpan, baik produsen maupun konsumen tidak hanya dapat mengetahui kualitas dan keamanan produk. Umur simpan juga akan memberikan informasi terkait adanya perubahan pada produk baik penampakan, aroma, rasa, dan lain-lain.
Salah satu alternatif yang dilakukan untuk mengetahui masa penyimpanan produk yaitu dengan membuat label cerdas yang dapat mencatat umur simpan produk yang dikenal dengan Time-Temperature Indicator (TTI). Prinsip pembuatan TTI berbeda tergantung dari adanya respon perubahan produk secara fisik maupun kimiawi selama penyimpanan. Salah satu prinsip pembuatan TTI yaitu dengan memanfaatkan prinsip difusi suatu indikator pada medium tertentu. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan TTI dengan prinsip difusi seperti TTI berbasis difusi asam laktat, TTI berbasis difusi zat kimia teraktivasi, dan TTI berbasis difusi ester asam lemak.
Pada penelitian ini akan dilakukan identifikasi atau karakterisasi medium dan indikator yang sesuai untuk pembuatan label cerdas. Kertas dan karton dipilih sebagai bahan medium peresapan. Hal ini dikarenakan difusi berlangsung melalui pori atau celah pada medium. Pada dasarnya kertas dan karton memiliki pori-pori atau celah antar ikatan serat selulosa yang menyusunnya. Pori-pori-pori atau celah yang dapat dilalui oleh cairan dengan proses difusi. Setiap jenis kertas dan karton memiliki ukuran dan jumlah celah yang berbeda tergantung dari jenis selulosa yang menyusunnya.
Indikator peresapan menggunakan dua jenis zat cair yang memiliki perbedaan viskositas yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Prinsip difusi pada suatu cairan dipengaruhi oleh tingkat viskositasnya, dimana semakin tinggi viskositas cairan akan semakin tinggi pula laju alirnya dan sebaliknya. Dengan membandingkan dua zat cair yang berbeda viskositas, maka dapat diketahui jenis zat cair mana yang paling sesuai untuk digunakan sebagai indikator label berdasarkan daya resap yang paling rendah. Label cerdas akan diaplikasikan di dalam lemari es. Hal ini dikarenakan adanya kebiasaan masyarakat umum, khususnya ibu rumah tangga sering menyimpan makanan dalam lemari es tanpa memberikan penandaan kapan penyimpanan dimulai. Padahal jarak waktu penyimpanan dengan waktu konsumsi harus diperhatikan karena lama masa penyimpanan dapat mempengaruhi mutu makanan yang akan dikonsumsi. Lama waktu penyimpanan dapat diketahui dengan menggunakan label cerdas pencatat umur simpan produk tersebut. Dengan adanya label cerdas, maka akan memudahkan dalam identifikasi pencatatan lama waktu penyimpanan produk dalam lemari es. Sehingga keamanan dan kualitas makanan yang disimpan dalam lemari es tetap terjaga hingga makanan tersebut dikonsumsi.
2
panjang peresapan tertentu selama 4 hari penyimpanan. Panjang peresapan zat cair tiap 24 jam tersebut yang akan dimanfaatkan sebagai pencatat atau pendeteksi lamanya penyimpanan produk yang telah dilakukan. Rentang panjang peresapan zat cair akan menunjukkan masa simpan produk dalam lemari es pada hari ke-1, 2, 3 dan 4.
Label cerdas yang dibuat dapat direkatkan pada kemasan produk selama produk disimpan dalam lemari es. Selama proses penyimpanan akan terjadi peresapan zat cair di sepanjang kertas yang digunakan sebagai media. Label akan mencatat masa penyimpanan produk yang berbasis pada daya peresapan zat cair (difusi). Semakin lama proses penyimpanan, maka akan semakin panjang pula peresapan zat cair pada media. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian lebih lanjut terkait jenis zat cair dan medium yang digunakan sebagai media peresapan agar dihasilkan label cerdas yang dapat mencatat umur simpan produk.
Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
Mengetahui karakteristik indikator dan medium yang akan digunakan untuk membuat label cerdas
Mengetahui laju resapan indikator pada medium kondisi suhu ruang dan suhu rendah
Penelitian ini difokuskan pada identifikasi indikator dan medium untuk pembuatan label cerdas pencatat umur simpan produk. Penelitian dilakukan menggunakan beberapa jenis medium dan zat cair sebagai indikator. Medium dan zat cair dikarakterisasi terlebih dahulu untuk mengetahui sifat-sifatnya. Selanjutnya menghitung tetapan laju serapan dan nilai energi aktivasi (Ea) setiap indikator pada masing-masing medium untuk menentukan indikator dan jenis medium yang sesuai untuk label cerdas pencatat umur simpan produk.
TINJAUAN PUSTAKA
Kemasan Cerdas
3 1. Fungsi cerdik (smartness) yang diharapkan dari kemasan cerdas saat ini adalah mempertahankan integritas dan mencegah secara aktif kerusakan produk (memperpanjang umur simpan)
2. Meningkatkan atribut produk (misalnya penampilan, rasa, flavor, aroma dan lain-lain)
3. Memberikan respon secara aktif terhadap perubahan produk atau lingkungan kemasan
4. Mengkomunikasikan informasi produk, riwayat produk (product history) atau kondisi untuk penggunanya.
Pengemasan cerdas bertujuan untuk mengawasi kondisi makanan terkemas dengan tujuan untuk mendapatkan informasi mengenai kualitas makanan dalam kemasan sewaktu transportasi dan penyimpanan. Pengawasan kondisi makanan dilakukan dengan menggunakan indikator yang dibedakan atas indikator luar dan indikator dalam. Indikator luar adalah indikator yang diletakkan di luar kemasan sementara indikator dalam adalah indikator yang ditempatkan di dalam kemasan dapat ditempatkan pada head-space kemasan atau ditambahkan pada penutup kemasan. Contoh indikator luar yaitu indikator waktu, indikator suhu dan indikator pertumbuhan mikroba, sedangkan contoh indikator dalam adalah indikator oksigen, indikator karbon dioksida, indikator patogen dan indikator pertumbuhan mikroba (Ahvenainen 2003).
Beberapa penelitian telah banyak yang mengembangkan kemasan cerdas baik indikator dalam maupun indikator luar untuk mengetahui kualitas dan keamanan produk. Penelitian yang telah dilakukan terkait kemasan cerdas seperti kemasan cerdas indikator warna untuk mendeteksi kesegaran buah nanas potong selama penyimpanan (Putri 2012) dan pembuatan label cerdas pendeteksi Esherichia coli (Lestari 2013). Pada penelitian Putri (2012) dilakukan pembuatan indikator warna berbahan dasar kitosan untuk mengetahui tingkat kesegaran buah nanas potong, sedangkan pada penelitian lestari (2013) dilakukan pembuatan label cerdas dengan bahan dasar campuran agar bubuk dan EMB untuk mendeteksi adanya Esherichia coli yang diaplikasikan pada daging.
Time-Temperature Indicator (TTI)
4
perubahan suhu selama penyimpanan yang dapat dideteksi oleh TTI. Ada dua tipe Time Temperature Indicator yaitu memberikan perubahan suhu yang masuk untuk menunjukkan kumulatif dari perubahan suhu diatas suhu kritis serta lamanya perubahan suhu itu terjadi (Time Temperature Indicators –TTI) dan memberikan informasi apakah suhu berada diatas atau dibawah suhu kritis (Temperature indicators–TI).
TI parsial tidak mampu merespon perubahan secara sebagian pada produk, kecuali akumulasi keseluruhan perubahan suhu saat penyimpanan produk yang dilakukan telah melewati ambang batas yang telah ditentukan. Hal ini mengindikasikan bahwa produk tersebut telah terpapar suhu penyimpanan yang akan menyebabkan perubahan kualitas produk. Sedangkan TTI kumulatif dapat memberikan respon secara terus menerus selama terjadi perubahan suhu selama masa penyimpanan produk dan biasanya menjadikannya sebagai fokus utama untuk kepentingan penelitian maupun eksploitasi secara komersial.
Pada dasarnya TTI merupakan suatu tag kecil atau label yang dapat mendeteksi perkembangan suhu dan waktu untuk menentukan umur simpan produk yang mudah rusak khususnya selama distribusi dari produsen hingga sampai ke tangan konsumen akhir. Label TTI ini umumnya digunakan untuk menentukan umur simpan pada produk-produk hasil peternakan seperti daging dan produk unggas, dimana distribusi biasanya dilakukan dalam kondisi yang dingin sehingga cukup berpotensi dalam pertumbuhan mikroba yang sangat mempengaruhi produk.
Menurut Taoukis dan Labuza (2003) syarat-syarat TTI untuk dapat digunakan secara komersial dalam kemasan pangan yaitu:
Mudah untuk digunakan dan diaktivasi Tidak merusak kemasan
Harus dapat diaplikasikan dan diaktivasi pada saat pengemasan (bukan sebelum pengemasan)
Harus memberikan respon yang akurat mengenai perubahan suhu penyimpanan dan fluktuasi suhu yang cepat. Respon ini harus bersifat tidak dapat balik (irreversible) dan berkorelasi dengan kerusakan aktual pada bahan pangan yang disimpan
Mempunyai kemampuan untuk mengakumulasi pengaruh suhu dan waktu selama periode penyimpanan produk
Mudah dibaca dan jelas sehingga tidak terjadi kesalahpahaman oleh konsumen saat membaca TTI tersebut.
Sejumlah besar jenis TTI telah dikembangkan dan dipatenkan berdasarkan prinsip-prinsip dan aplikasi yang telah ditinjau sebelumnya (Taoukis dan Labuza 2003). Saat ini juga telah tersedia secara komersial TTI dengan prinsip enzimatis, dan berbasis sistem polimer yang semuanya dapat diaplikasikan pada berbagai produk seperti daging dan produk unggas.
Difusi
5 konsentrasi pada komponen yang terdisfusi itu. Gradien konsentrasi cenderung menyebabkan terjadinya gerakan komponen itu kearah yang menyamakan konsentrasi dan menghapuskan gradien. Bila gradien itu dipertahankan dengan menambahkan komponen yang terdifusi secara terus menerus pada ke ujung yang berkonsentrasi tinggi pada gradient itu, aliran yang berdifusi akan berlangsung secara kontinu (sinambung) (McCabe et al. 1999).
Peristiwa difusi pada suatu media dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Menurut Adrimarsya (2012) beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi, yaitu:
1. Ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu
bergerak, sehingga kecepatan difusi semakin tinggi.
2. Ketebalan membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan
difusi.
3. Luas suatu area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.
4. Jarak. Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan
difusinya.
5. Suhu. Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak
dengan lebih cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya.
Potensi Pemanfaatan Indikator dan Medium
Label cerdas pencatat umur simpan produk dapat dibuat dengan menggunakan prinsip difusi. Prinsip difusi yang dimanfaatkan untuk pembuatan label cerdas dapat menggunakan beberapa jenis indikator tergantung dari fungsi yang akan digunakan dari label cerdas tersebut baik untuk mengidentifikasi adanya perubahan suhu, waktu, maupun kualitas produk selama masa penyimpanan, distribusi dan transportasi. Beberapa jenis label cerdas dengan prinsip difusi telah dihasilkan seperti difusi bahan kimia teraktivasi, ester asam lemak, dan asam laktat. Salah satu label cerdas yang telah dikembangkan dengan memanfaatkan prinsip difusi yaitu label cerdas berbasis Time Temperature Indicator (TTI) dengan difusi asam laktat untuk mendeteksi kualitas produk makanan (Wanihsuksombat et al.2010).
6
atau medium. Dengan adanya pori-pori atau celah dari ikatan serat selulosa pada kertas tersebut, maka kertas dapat dijadikan sebagai medium dalam proses difusi oleh indikator berupa cairan
Indikator yang digunakan untuk pembuatan label cerdas yaitu zat cair. Label cerdas pencatat umur simpan produk dapat dibuat dengan menfaatkan difusi zat cair pada medium kertas. Dua jenis indikator yang digunakan berdasarkan perbedaan viskositas yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Viskositas merupakan ukuran kekentalan dari cairan yang menentukan laju kecepatan alirnya. Semakin lambat aliran berarti viskositasnya tinggi, dan sebaliknya semakin cepat aliran berarti viskositasnya makin rendah (Kanoni 1999). Indikator viskositas rendah yang digunakan yaitu tinta, sedangkan indikator viskositas tinggi yang digunakan yaitu minyak.
Tinta mengandung tiga komponen utama yang terdri dari bahan pewarna (pigmen), zat pengikat (varnish/vehicle), dan zat aditif atau bahan penolong. Setiap komponen tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Bahan pewarna berfungsi memberikan warna pada tinta, membentuk bodi pada tinta dan memberikan lapisan warna pada permukaan hasil cetakan. Zat pengikat berfungsi mengikat bahan pewarna dan bahan penolong sehingga tercampur dengan baik. Zat aditif dari pelarut (solvent), resin, dan minyak pengerin. Sedangkan zat aditif berfungsi untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada tinta, baik sifat kimia (mengatur proses pengeringan tinta) maupun sifat fisika tinta (sifat alir tinta, ketahanan gosok tinta dan sebagainya (Adhi dan Susanto 2013).
Adanya kandungan bahan pewarna pada tinta dapat memudahkan dalam melihat respon difusi zat cair pada medium selama masa penyimpanan untuk mencatat umur simpan. Selain itu tinta memiliki komponen yang dapat mempengaruhi tingkat viskositas seperti pelarut (Hidrokarbon, ester, keton dan alkohol). Adanya kandungan pelarut tersebut yang menyebabkan tinta memiliki viskositas yang lebih rendah dibandingkan minyak. Viskositas yang rendah akan meningkatkan laju alir tinta. Sehingga tinta dikategorikan sebagai zat cair viskositas rendah dan diidentifikasi untuk menentukan panjang peresapannya pada medium.
7
Tetapan Laju dan Energi Aktivasi
Kesesuaian antara jenis kertas dan zat cair yang digunakan dapat diketahui dengan melihat nilai energi aktivasi setiap medium terhadap zat cair yang digunakan. Sebelum menentukan nilai energi aktivasi tersebut, maka ditentukan terlebih dahulu masing-masing nilai slope hubungan antara panjang serapan zat cair pada medium terhadap lamanya waktu penyimpanan. Daya serap dari zat cair yang terjadi pada media medium yang digambarkan dengan panjang peresapan zat cair tersebut mengikuti persamaan kinetika orde satu (Coe 1971; Smith 1993; Ritchie 1996 dalam Warsiki 2006) sebagai berikut:
(1)
dimana C adalah konsentrasi pelarut; k adalah konstanta orde satu; C˷ dan Ct menunjukkan konsentrasi pada saat keseimbangan, dan t adalah waktu. Kinetika orde satu yang dijelaskan oleh hukum Fick tersebut ditransformasikan dalam penentuan nilai konstanta laju serapan zat cair pada medium kertas buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex. Dari persamaan (1) maka variabel yang digunakan untuk menentukan konstanta daya serap zat cair pada medium Berdasarkan persamaan (2) hubungan antara nilai k dengan perubahan panjang peresapan dapat dituliskan pada persamaan 4 dengan penjabaran dapat dilihat pada Lampiran 1.
(4) Dengan demikian konstanta laju serapan k dapat diperoleh dari slope grafik hubungan antara nilai terhadap waktu (t).
8
menggunakan persamaan Arrhenius (Smith 1993; Coe 1971 dalam Warsiki 2006). Persamaan Arrhenius tersebut menunjukkan hubungan antara tetapan laju k, suhu dan energi aktivasi.
k = A × (5) Dimana, k = tetapan laju
A = faktor frekuensi Ea = energi aktivasi (J/mol)
R = tetapan gas ideal = 8.3184 J/mol K T = suhu mutlak (K)
dengan demikian energi aktivasi (Ea) dan faktor frekuensi (A) dapat diketahui dari nilai slope dan intersep dari grafik plot nilai hubungan antara ln k dengan 1/T (persamaan 6).
ln k = -Ea/RT + ln A (6)
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan
1. Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gunting, bolpoin, penggaris, lemari es, jar, gelas ukur, thickness gauge, tabung Ostwald, piknometer, waterbath, gelas piala, neraca analitik, sudip, inkubator, termometer ruangan dan pipet tetes.
2. Bahan
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah lima jenis kertas dan satu jenis karton yaitu buffalo, HVS 80 g, foto, concord, buku gambar dan karton duplex sebagai medium pembuatan label, 5 jenis tinta yaitu tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel, minyak goreng, oli A, oli B, sebagai zat cair yang digunakan, pewarna minyak dan alkohol.
Prosedur Penelitian Karakterisasi Medium
Uji Gramatur (SNI 0123:2008)
9 × 1.5 cm. Kemudian potongan sampel ditimbang untuk menentukan massa kertas atau karton. Setiap sampel tersebut diukur panjang dan lebarnya untuk menentukan luas. Gramatur diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai gramatur (persamaan 7).
(7) Dimana:
G = Gramatur kertas atau karton (g/m2) m = Massa kertas atau karton (g) L = Luas kertas atau karton (m2)
Uji Rapat Massa (SNI 0123:2008)
Rapat masssa atau densitas adalah besaran yang menyatakan perbandingan antara massa kertas atau karton dibagi dengan volume kertas atau karton, diukur pada kondisi standar. Prosedur percobaan yang dilakukan untuk menghitung nilai rapat massa yaitu lembaran kertas atau karton dipotong sesuai ukuran sampel 20 × 1.5 cm. Kemudian ditimbang untuk menentukan massa masing-masing kertas atau karton. Setiap kertas atau karton diukur panjang dan lebarnya untuk menentukan luas. Selanjutnya kertas atau karton juga diukur nilai ketebalannya. Rapat massa diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai rapat massa (persamaan 8).
(8)
Karakterisasi Zat Cair
Uji Densitas (SNI 04-7182-2006)
Piknometer kosong dicuci dengan aquades dan dibilas dengan etanol, ditimbang lalu diisi dengan air dan dimasukkan ke dalam penangas air yang telah ditetapkan suhunya, yaitu 25oC. Kemudian permukaan air diatur sampai pada puncak kapiler, dibiarkan selama 15 menit. Piknometer dipindahkan dari penangas, dikeringkan bagian luarnya dan ditimbang dengan teliti. Piknometer dikosongkan, lalu dibasuh beberapa kali dengan alkohol kemudian dikeringkan kembali. Prosedur di atas diulangi dengan menggunakan sampel yang akan diukur sebagai pengganti air. Densitas sampel dapat diukur dengan rumus berikut:
Bobot jenis sampel pada suhu tertentu dapat dihitung dengan rumus, G = G’ + nilai koreksi (25oC ToC). Nilai koreksi ditambahkan jika pengukuran di atas suhu 15oC, dan dikurangi pada suhu di bawah 15oC.
Dimana:
10
G = bobot jenis sampel pada suhu 25oC
G’ = bobot jenis sampel pada suhu pengukuran (pada To C).
Uji Viskositas (SNI 04-7182-2006)
Analisis ini dilakukan dengan menggunakan alat viskosimeter. Aquades dipanaskan pada suhu 40°C dan dimasukkan ke dalam tabung viskosimeter Ostwald. Waktu yang diperlukan untuk mencapai tanda tera dicatat. Selanjutnya zat cair dipanaskan pada suhu 40°C dan dimasukkan ke dalam tabung viskosimeter Ostwald. Kemudian waktu yang diperlukan untuk mencapai tanda tera dicatat. Viskositas diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai viskositas (persamaan 9).
t1 = waktu yang diperlukan aquades untuk mengalir (detik) d2 = densitas zat cair suhu 40°C (g/mL)
t2 = waktu yang diperlukan untuk zat cair mengalir (detik)
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Medium
Pada penelitian ini akan dilakukan pencarian jenis medium dan zat cair yang sesuai dengan kebutuhan untuk pembuatan label cerdas pencatat umur simpan produk. Pada tahap ini dilakukan uji peresapan zat cair pada medium. Medium peresapan yang digunakan terdiri dari buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex. Zat cair sebagai indikator peresapan pada medium dipilih dari dua cairan yang berbeda. Dua jenis cair yang digunakan dipilih berdasarkan perbedaan viskositas dimana zat cair yang satu mempunyai viskositas tinggi dan zat cair lainnya mempunyai viskositas rendah. Adapun masing-masing jenis zat cair dibedakan lagi berdasarkan jenisnya. Zat cair viskositas tinggi meliputi minyak goreng, oli A dan oli B, sedangkan zat cair dengan viskositas rendah meliputi tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel
Pembuatan Label dengan Indikator Viskositas Rendah
11
Kertas / karton
Sampel yang ditetesi tinta
Label
Nilai Panjang peresapan
Nilai Panjang peresapan dan Ea
melakukan pencatatan panjang peresapan zat cair. Adapun diagram alir pembuatan label cerdas dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 1 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator viskositas rendah
Gambar 2 Diagram alir pembuatan label cerdas I t = 0 tinta
kertas
Start
Dipotong ukuran 20 × 1.5 cm dan ditetesi tinta pada salah satu ujungnya
Didiamkan (selama 10 detik) dan dibuat tanda batas penyerapan awal
(jam ke-0)
Label disimpan selama 96 jam pada suhu ruang dan dicatat panjang peresapan jam ke-24, 48, 72 dan 96)
medium
End
Kertas atau Karton
Tetapan laju dan energi aktivasi dihitung dari nilai panjang peresapan
12
Pembuatan Label dengan Indikator Viskositas Tinggi
Kertas atau karton atau karton dipotong persegi panjang dengan ukuran 20 × 1.5 cm kemudian dicelupkan ke dalam jar berisi zat cair yang telah diberikan pewarna sebelumnya. Kertas atau karton atau karton diberi tanda pada bagian ujungnya sebelum dicelupkan untuk memudahkan pengukuran pengamatan mulai jam ke-0. Ilustrasi pemberian tanda batas jam ke-0 indikator viskositas tinggi dapat dilihat pada Gambar 3. dengan metode pembuatan label cerdas dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 3 Ilustrasi pemberian tanda batas jam ke-0 indikator viskositas tinggi
Gambar 4 Diagram alir pembuatan label cerdas II medi
Jar + zat
Label dicelupkan dalam jar dan disimpan (suhu ruang, lemari es, dan inkubator) dengan panjang peresapan
dicatat jam ke-24, 48, 72 dan 96 Dicampur dan diambil 10 mL dengan
gelas ukur untuk dituang ke jar
Diberi garis batas
0.05 g Pewarna Kertas atau karton
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Medium Gramatur
Gramatur adalah massa lembaran kertas atau karton dalam g dibagi dengan satuan luas kertas atau karton dalam meter persegi, diukur pada kondisi standar (BSN 2008). Pada dasarnya nilai gramatur setiap jenis kertas atau karton berbeda-beda. Nilai gramatur setiap kertas atau karton yang berbeda tersebut tergantung dari jenis dan komposisi bahan (pulp) yang digunakan dalam proses pembuatannya. Keragaman gramatur, ketebalan, dan rapat massa memiliki hubungan yang sangat erat satu sama lain, begitu pula dengan panjang dan lebarnya. Hal ini disebabkan karena formulasi gramatur dapat diperoleh dari perbandingan berat kertas atau karton (g) dengan luasan kertas atau karton(m2), sedangkan untuk rapat massa merupakan perbandingan gramatur (g/m2) dengan ketebalan. Maka dari itu antara rapat massa, ketebalan dan gramatur saling berkaitan dalam menentukan sifat lembaran kertas atau karton (karton) (Nurminah 2002). Berdasarkan perhitungan gramatur yang dilakukan, maka nilai gramatur setiap kertas atau karton yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Grafik hubungan jenis medium dengan nilai gramatur
Dari Gambar 5 menunjukkan hubungan jenis kertas atau karton yang digunakan dengan nilai gramaturnya. Nilai gramatur dihitung menggunakan persamaan 7. Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat bahwa nilai gramatur dari kertas buffalo, HVS 80 g, foto, Concord, gambar dan karton duplex secara berturut-turut yaitu 152.222 g/m2, 85.556 g/m2, 235.556 g/m2, 231.111 g/m2, 151.111 g/m2, dan 1055.556 g/m2. Dari perhitungan nilai gramatur tersebut dapat dinyatakan bahwa medium yang mempunyai nilai gramatur paling tinggi yaitu
50
14
kertas HVS 80 g dan medium yang mempunyai nilai gramatur paling rendah yaitu karton duplex.
Rapat Massa
Rapat massa adalah massa lembaran karton dalam kilog dibagi dengan satuan volume karton dalam meter kubik, dihitung dari besarnya gramatur dibagi tebal karton, diukur pada kondisi standar (BSN 2008). Seperti halnya nilai gramatur kertas, nilai rapat massa juga berbeda untuk setiap jenisnya. Nilai rapat massa akan berkaitan erat dengan nilai gramatur dan ketebalan seperti yang telah dijelaskan pada pengukuran nilai gramatur. Berdasarkan perhitungan rapat massa yang dilakukan, maka nilai rapat masing-masing medium yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 6.
Nilai rapat massa dihitung menggunakan persamaan 8. Berdasarkan Gambar 6 dapat dilihat bahwa nilai rapat massa dari kertas buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex secara berturut-turut yaitu 10.111 kg/m3, 10.267 kg/m3, 10.928 kg/m3, 8.832 kg/m3, 10.264 kg/m3, dan 7.561 kg/m3. Dari perhitungan nilai gramatur tersebut dapat dinyatakan bahwa medium yang mempunyai nilai rapat massa paling rendah yaitu karton duplex dan medium yang mempunyai nilai rapat massa paling tinggi yaitu foto. Secara teknis rapat massa mempunyai hubungan erat dengan daya ikatan antar seratnya (Casey 1961 dalam Nurminah 2002). Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi nilai rapat massa maka semakin besar daya ikatan antar seratnya. Dan sebaliknya, semakin rendah nilai rapat massa, maka semakin kecil juga daya ikatan antar seratnya.
Gambar 6 Grafik hubungan jenis medium dengan nilai
15
Karakterisasi Zat Cair Densitas
Densitas merupakan hasil pengukuran massa setiap satuan volume benda atau zat. Nilai densitas suatu fluida tertentu tidak akan sama pada semua suhu. Adanya perubahan suhu akan mempengaruhi densitas fluida. Nilai densitas suatu jenis fluida berbeda dengan fluida yang lain. Semakin tinggi densitas suatu benda atau zat maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Uji densitas hanya dilakukan pada zat cair viskositas tinggi yaitu minyak goreng, oli A dan oli B. Hal ini dikarenakan tingkat volatilitas tinta yang sangat tinggi sehingga tidak dapat dilakukan uji densitas tersebut. Hubungan antara perubahan densitas dan suhu pada minyak goreng, oli A dan oli B tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Grafik hubungan antara densitas dan suhu pada minyak goreng, oli A dan oli B
16
Beberapa minyak nabati yang telah diteliti menunjukkan kecenderungan penurunan densitas secara linier terhadap peningkatan suhu. Penurunan densitas disebabkan telah terjadinya peningkatan volume CPO dengan massa konstan pada suhu yang tinggi (Noureddini et al 1992 dalam Permatasari 2011). Adanya peningkatan volume ini disebabkan oleh pecahnya molekul-molekul minyak akibat pengaruh suhu yang tinggi sehingga molekul-molekul menempati volume yang lebih besar dibandingkan saat suhu rendah (Cuah et al. 2008 dalam Permatasari 2011). Hal demikian juga berlaku pada zat cair jenis oli Adan oli B.
Peristiwa peningkatan suhu yang mengakibatkan pecahnya molekul-molekul di dalam suatu zat cair inilah yang mengakibatkan adanya penurunan densitas pada kondisi suhu tinggi untuk minyak goreng, oli A dan oli B. Dengan adanya penambahan volume suatu zat cair pada suhu tinggi ini akan meningkatkan daya serapnya pada suatu medium dibandingkan dengan perlakuan pada suhu rendah. Sehingga daya serap zat cair pada suatu medium dalam kondisi suhu tinggi akan lebih besar daripada daya serap zat cair pada suatu medium dalam kondisi suhu rendah.
Viskositas
Viskositas merupakan resistensi atau ketidakmauan bahan mengalir apabila dikenai gaya (mengalami penegangan) atau gesekan internal dalam cairan dan merupakan suatu ukuran terhadap kecepatan aliran. Semakin lambat aliran berarti viskositasnya tinggi, dan sebaliknya semakin cepat aliran berarti viskositasnya makin rendah (Kanoni 1999). Uji viskositas juga hanya dilakukan pada zat cair viskositas tinggi yaitu minyak goreng, oli A dan oli B. Hal ini dikarenakan tingkat volatilitas tinta yang tinggi sehingga tidak dapat dilakukan uji viskositas. Tingkat viskositas zat cair yang digunakan mempengaruhi daya serapnya terhadap suatu medium yang dilewati. Medium yang dilalui oleh zat cair berupa minyak goreng dan oli tersebut yaitu kertas. Perbedaan tingkat viskositas antara minyak goreng dan oli akan berpengaruh pada perbedaan panjang serapan masing-masing zat cair tersebut pada kertas.
Secara visual, viskositas antara minyak goreng, oli A dan oli B sangat berbeda. Minyak goreng mempunyai tingkat viskositas yang lebih rendah dibandingkan dengan oli A dan oli B, sedangkan Oli A dan oli B mempunyai tingkat viskositas yang hampir sama. Namun kedua jenis oli tersebut tetap mempunyai nilai viskositas yang berbeda. Perbedaan tingkat viskositas antara oli A dan oli B dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perbedaan viskositas minyak goreng, oli A dan oli B
Jenis zat cair Viskositas pada 40°C (cSt)
Minyak goreng 23.365
Oli A 56.491
17 Berdasarkan Tabel 1 dengan pengukuran nilai viskositas minyak goreng pada suhu 40°C telah terjadi penurunan viskositasnya. Viskositas suatu cairan akan menurun jika terjadi kenaikan suhu, dan sebaliknya. Viskositas akan meningkat jika terjadi penurunan suhu. Kondisi tersebut juga terjadi pada zar cair lain yaitu oli. Semakin kental pelumas maka akan semakin berat bobotnya. Oli cenderung menjadi encer dan mudah mengalir ketika panas, dan menjadi kental dan tidak mudah mengalir ketika dingin. Tetapi masing-masing kecenderungan tersebut tidak sama untuk semua oli. Kekentalan atau berat oli dinyatakan oleh angka yang disebut indeks kekentalan. Jika indeksnya rendah berarti oli tersebut encer. Sebaliknya, jika indeksnya tinggi berarti olinya kental (Soedarmo 2008).
Peristiwa perubahan viskositas dapat dijelaskan dengan teori termodinamika yang menyatakan bahwa semakin tinggi suhu suatu fluida, molekul fluida akan bergerak cepat sehingga secara makro akan meningkatkan tekanan. Jika tidak terdapat batas pada materi tersebut maka materi akan mengembang dan memperlebar jarak antar molekulnya. Jarak antar molekul yang lebar akan mengakibatkan viskositas semakin menurun.
Tabel 1 menunjukkan bahwa viskositas pada suhu 40°C minyak goreng lebih rendah dibandingkan dengan oli A, dan viskositas oli B lebih rendah dibandingkan dengan oli A. Viskositas paling rendah yaitu minyak goreng dan tingkat viskositas paling tinggi yaitu oli A. Semakin tinggi nilai viskositas cairan, maka akan semakin baik pula dalam penggunaan cairan sebagai indikator dalam pembuatan label cerdas. Hal ini dikarenakan label cerdas akan diaplikasikan di dalam lemari es pada suhu lebih rendah ±5°C, maka dari itu dibutuhkan zat cair yang lebih kental agar memiliki daya serap yang lebih rendah. Semakin kental zat cair yang digunakan maka akan semakin rendah juga daya resapnya pada suatu medium. Sehingga ukuran kertas atau karton yang digunakan sebagai medium akan semakin pendek dan memudahkan aplikasi label cerdas pada lemari es karena lebih praktis dan menghemat ruang penyimpanan.
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Kertas
Label cerdas yang dihasilkan akan digunakan untuk mengetahui umur simpan produk selama 4 hari penyimpanan. Label cerdas akan diaplikasikan untuk produk yang disimpan dalam lemari es. Dalam kurun waktu tersebut, zat cair dalam label harus mampu meresap pada medium untuk mencatat masa penyimpanan produk. Sebelum diketahui jenis medium dan zat cair yang sesuai, maka terlebih dahulu dilakukan pemilihan kesesuaian jenis cairan dan kertas.
Zat cair yang digunakan sebagai indikator dibedakan berdasarkan viskositas menjadi dua jenis yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Zat cair viskositas tinggi meliputi minyak goreng, oli A dan oli B, sedangkan zat cair dengan viskositas rendah meliputi tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel. Medium peresapan yang digunakan dalam pembuatan label cerdas yaitu kertas. Medium yang digunakan juga memanfaatkan 5 jenis medium dan 1 jenis karton yang ada di pasaran yaitu buffalo, HVS 80 g, foto, concord, buku gambar dan karton duplex.
18
diteteskan pada medium hanya mampu meresap pada jam ke-1. Setelah itu tinta mengering dan tidak dapat meresap lagi. Padahal pengamatan panjang peresapan tinta harus dilakukan sebanyak 4 kali selama 4 hari penyimpanan pada jam ke-24, 48, 72 dan 96. Hal ini disebabkan tinta yang ada di pasaran umumnya mempunyai tingkat volatilitas yang cukup tinggi dan viskositas rendah sehingga tinta yang diteteskan pada medium akan lebih cepat mengering. Peresapan panjang tinta pada medium jam ke-0 sampai jam ke-1 dapat dilihat pada Lampiran 1.
Secara umum, susunan komponen tinta terdiri atas tiga kelompok, yaitu bahan perwarna/pigmen, zat pengikat/varnish/vehicle, dan zat aditif/ bahan penolong/zat tambahan (additional agent). Komponen bahan pewarna mempunyai beberapa fungsi diantaranya untuk memberikan warna pada tinta, membentuk bodi pada tinta dan memberikan lapisan warna pada permukaan hasil cetakan. Pada komponen zat pengikat/varnish/vehicle atau sering disebut juga varnish merupakan medium untuk mengikat bahan pewarna dan bahan penolong sehingga keduanya dapat tercampur dengan baik. Vehicle/varnish terdiri dari pelarut (solvent), resin, dan minyak pengerin. Sedangkan zat aditif/ bahan penolong/zat tambahan (additional agent) merupakan bahan-bahan yang ditambahkan ke dalam tinta selain bahan pokok tinta (pigmen dan varnish) (Adhi dan Susanto 2013).
Fungsi bahan penolong (additive agents) adalah untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada tinta, baik sifat-sifat kimia (mengatur proses pengeringan tinta) maupun sifat fisika tinta (sifat alir tinta, ketahanan gosok tinta dan sebagainya). Yang termasuk bahan-bahan penolong (additive agent) antara lain bahan pengisi (filler), bahan pengering (drier), bahan anti-kering, lilin (wax/compound), bahan pengencer (reducer), bahan pelemas (plasticizer) dan bahan pendispersi (Adhi dan Susanto 2013). Pada dasarnya tinta yang diproduksi di pasaran dikhususkan untuk menghasilkan tulisan atau gambar yang dibuat sedemikian rupa untuk segera digunakan. Sehingga tinta tidak cocok digunakan sebagai zat cair pada pembuatan label cerdas.
Penelitian yang menggunakan zat cair dengan viskositas tinggi menunjukkan hasil yang sesuai dengan prinsip pemanfaatan difusi zat cair pada medium untuk mencatat umur simpan selama 4 hari penyimpanan. Tingkat viskositas dari setiap zat cair akan mempengaruhi daya serapnya pada kertas. Cepat aliran yang dipengaruhi oleh viskositas tersebut menunjukkan kemampuan panjang serapan minyak goreng, oli A dan oli B pada medium yang digunakan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, rata-rata panjang peresapan minyak goreng, oli A dan oli B pada setiap medium yang digunakan dari jam ke-24 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) dapat dilihat pada Gambar 8, Gambar 9 dan Gambar 10.
19
Gambar 8 Grafik hubungan panjang serapan minyak goreng pada medium
Gambar 9 Grafik hubungan panjang serapan oli A pada medium
20
Berdasarkan Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8 dapat dipilih tiga jenis medium dan indikator paling baik yang dapat digunakan untuk membuat label cerdas pencatat umur simpan produk. Tiga jenis medium yang dipilih yaitu kertas buffalo, foto dan gambar dengan indikator berupa oli. Hal ini dilakukan dengan mempertimbangkan panjang label yang akan dibuat. Minyak goreng yang digunakan sebagai indikator memiliki daya serap yang lebih tinggi dibandingkan oli. Panjang peresapan pada semua medium yang digunakan mencapai lebih dari 15 cm. Label yang dibuat dengan panjang lebih dari 15 cm akan menyulitkan aplikasi label. Dengan panjang label tersebut, maka tempat penyimpanan yang disediakan pun harus cukup. Berdasarkan Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8 maka laju serapan dan nilai R2 zat cair pada medium (cm/jam) dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Laju serapan dan R2 zat cair pada kertas
Jenis Zat Cair Jenis Kertas Laju Serapan (cm/jam)
Karton Duplex 0.1330 0.9930
Oli A
Karton Duplex 0.0766 0.9917
Oli B
Karton Duplex 0.0788 0.9909
21 untuk perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B secara lebih rinci dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 11 Indikator minyak goreng
Gambar 12 Indikator oli
Tetapan Laju Serapan dan Energi Aktivasi
Energi aktivasi antara setiap medium dan zat cair dapat diketahui dari nilai slope plot nilai panjang peresapan yang dilakukan pada kondisi suhu yang berbeda. Suhu yang digunakan untuk pengujian yaitu suhu ruang (30.15°C) dan suhu lemari es (5°C). Pada saat dilakukan pengujian pada jam ke-24, indikator oli dapat meresap dengan panjang tertentu pada medium, sedangkan minyak goreng tidak dapat meresap pada medium. Hal ini dikarenakan minyak goreng tersebut telah membeku. Minyak goreng memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan oli. Sehingga untuk menentukan nilai aktivasi minyak goreng dilakukan pada suhu yang lebih tinggi agar tidak berada dibawah titik bekunya.
22
Gambar 13 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng pada 30.15°C
23 Berdasarkan Gambar 13, Gambar 14 dan Gambar 15 dapat diketahui bahwa pada setiap jenis medium (buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar, dan karton duplex) terhadap setiap jenis indikator (minyak goreng, oli A dan oli B) mempunyai nilai konstanta laju masing-masing yang tidak sama antara satu sama lainnya. Perbedaan nilai konstanta laju yang berbeda disebabkan adanya perbedaan perubahan panjang terhadap waktu selama penyimpanan pada kondisi suhu ruang.
Nilai konstanta laju dapat diperoleh dari nilai slope regresi linier dari plot ln (L - L ) dengan t pada setiap jenis medium terhadap setiap jenis indikator. Hubungan antara panjang dan waktu berbanding lurus dimana semakin lama waktu penyimpanan maka semakin panjang pula daya serap minyak goreng, oli A dan oli B pada setiap jenis medium tersebut. Nilai konstanta untuk indikator minyak goreng berada pada selang 0.0214 – 0.0241, indikator oli A pada selang 0.0229 – 0.0245, sedangkan untuk indikator oli B berada pada selang 0.0236 – 0.0251. Nilai konstanta laju resapan dari indikator minyak goreng, oli A dan oli B terhadap tiap jenis medium pada suhu 30.15°C secara lebih rinci dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B pada suhu 30.15°C
Jenis Kertas Konstanta Laju
Minyak Goreng Oli A Oli B
Buffalo 0.0241 0.0233 0.0236
HVS 80 gr 0.0239 0.0236 0.0243
Foto 0.0240 0.0245 0.0242
Concord 0.0214 0.0242 0.0241
Gambar 0.0242 0.0238 0.0251
Karton Duplex 0.0241 0.0229 0.0240
Perbedaan panjang peresapan tidak hanya terjadi pada kondisi suhu ruang (30.15°C) saja. Perubahan daya serap setiap zat cair pada medium juga terjadi pada penyimpanan kondisi suhu 50°C untuk indikator minyak goreng dan 5°C untuk indikator oli A dan oli B. Hubungan panjang peresapan terhadap waktu pada indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C). Pada pengujian selama 96 jam untuk masing-masing indikator menunjukkan bahwa setiap perubahan 24 terjadi pertambahan panjang tertentu. Namun minyak goreng dan oli menunjukkan hasil yang sangat berbeda. Indikator minyak goreng mengalami pertambahan panjang peresapan pada penyimpanan kondisi suhu 50°C lebih besar dibandingkan dengan penyimpanan pada suhu 30.15°C.
24
oli B dapat dilihat pada Lampiran 4. Hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng (50°C), indikator oli A (5°C), dan indikator oli B (5°C) dapat dilihat pada Gambar 16, Gambar 17 dan Gambar 18.
25
Gambar 18 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L)] dengan t indikator oli B pada 5°C
Berdasarkan Gambar 16, Gambar 17, dan Gambar 18 menunjukkan bahwa nilai slope dari plot hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t setiap indikator tidak terlalu besar sama seperti pada kondisi penyimpanan indikator pada suhu ruang. Namun nilai lope setiap indikator terhadap masing-masing jenis medium tetap berbeda. Nilai slope tersebut yang akan digunakan untuk menentukan konstanta laju peresapan. Nilai konstanta untuk indikator minyak goreng berada pada selang 0.0159 – 0.0178, indikator oli A pada selang 0.0220 – 0.0250, sedangkan untuk indikator oli B berada pada selang 0.0227 – 0.0259. Nilai konstanta laju resapan dari indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C) terhadap tiap jenis medium secara lebih rinci dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C)
Karton Duplex 0.0167 0.0220 0.0248
26
kental. Oli yang semakin kental akan berpengaruh pula pada kenaikan berat jenisnya. Oli yang memiliki viskositas tinggi akan sulit mengalir dibandingkan dengan oli dengan viskositas rendah. Viskositas yang tinggi dipengaruhi adanya penyusutan materi dan mempersempit jarak antar molekulnya. Jarak antar molekul yang lebih sempit tersebut akan meningkatkan viskositas oli dan kemampuan laju alirnya akan menurun juga. Sehingga indikator oli yang disimpan pada suhu rendah akan mempunyai panjang peresapan yang lebih rendah dibandingakan dengan minyak goreng.
Panjang sesuai dengan pembuatan label cerdas. Hal ini dikarenakan ketersediaan tempat penyimpanan dalam lemari es yang tidak terlalu besar membuat label cerdas yang diaplikasikan menjadi lebih fleksibel dan praktis. Nilai konstanta laju dari perbedaan suhu masing-masing indikator yang sudah diketahui tersebut digunakan untuk perhitungan nilai energi aktivasi selanjutnya. Energi aktivasi dapat dihitung dengan menggunakan nilai slope dari nilai ln k dengan 1/T. Suhu yang digunakan merupakan suhu mutlak dengan satuan Kelvin. Hubungan nilai ln k terhadap 1/T dapat dilihat pada Gambar 19, Gambar 20, dan Gambar 21.
3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50 3.60
27
Gambar 21 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator oli B
Berdasarkan Gambar 19, Gambar 20, dan Gambar 21 grafik hubungan ln k dengan 1/T menunjukkan adanya perbedaan slope atau kemiringan kurva antara indikator minyak goreng, oli A dan oli B. Indikator minyak goreng pada semua jenis medium menunjukkan nilai slope yang negatif. Pada indikator oli A, slope pada grafik secara garis besar bernilai positif kecuali pada kertas buffalo, sedangkan pada indikator oli B nilai slope nya cukup bervariasi. Kertas concord dan kertas gambar mempunyai slope yang bernilai positif sedangkan kertas lain seperti buffalo, foto, HVS 80 g, dan karton duplex mempunyai slope yang bernilai negatif. Nilai energi aktivasi (Ea) setiap indikator terhadap masing-masing medium dapat dilihat pada Tabel 5 dan Nilai energi aktivasi, slope dan intersep setiap indikator terhadap masing-masing jenis medium secara lebih rinci dapat dilihat pada Lampiran 4.
Tabel 5 menunjukkan bahwa energi aktivasi dari indikator minyak goreng, oli A dan oli B berbeda. Indikator minyak goreng pada semua jenis medium mempunyai energi aktivasi yang negatif. Energi aktivasi minyak goreng terletak pada selang -132002.936 J/mol sampai -182986.608 J/mol. Indikator oli A mempunyai energi aktivasi -1961.938 J/mol sampai 1881.541 J/mol, sedangkan indikator oli B mempunyai energi aktivasi sebesar -1776.536 J/mol sampai 1279.275 J/mol.
Energi aktivasi merupakan energi minimum yang digunakan untuk melakukan reaksi. Dalam hal ini energi aktivasi merupakan energi minimum setiap indikator untuk dapat meresap pada medium selama 96 jam penyimpanan. Energi aktivasi bisa bernilai positif maupun negatif tergantung dari kondisi suhu. Energi aktivasi pada semua jenis medium (buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex) dengan indikator minyak goreng bernilai negatif. Indikator oli A benilai positif pada semua jenis medium kecuali kertas buffalo. Sedangkan oli B bernilai positif pada kertas gambar dan concord dan bernilai negatif pada kertas buffalo, foto, HVS 80 g dan karton duplex.
28
Tabel 5 Nilai energi aktivasi (Ea)
Jenis Zat Cair Jenis Kertas Ea (J/mol)
Energi aktivasi bernilai positif jika pada indikator membutuhkan energi minimum untuk melakukan peresapan pada kertas, sedangkan bernilai negatif jika selama penyimpanan indikator tidak membutuhkan energi melainkan melepas energi. Energi aktivasi yang bernilai negatif juga dapat dikatakan sebagai energi termal yang tersedia melebihi energi rintangan yang diperlukan (Borah dan Mahiuddin 2008), sehingga terjadi pelepasan energi. Energi aktivasi pada dasarnya dapat dianggap sebagai penghalang potensial (hambatan energi) yang memisahkan energi potensial zat cair pada kertas. Energi aktivasi dapat menurun jika terjadi kenaikan suhu. Hal ini dikarenakan peningkatan suhu dapat memperlebar jarak antar molekul dalam zat cair yang mengakibatkan adanya penurunan kemungkinan tumbukan antar molekul satu sama lain. Peristiwa penyimpanan pada suhu tinggi tersebut yang menyebabkan indikator minyak mempunyai nilai negatif pada semua jenis kertas. Oli A dan oli B juga mempunyai energi aktivasi yang bernilai negatif, tetapi tidak pada semua jenis kertas.
Energi aktivasi negatif biasanya terjadi pada kondisi suhu tinggi seperti penyimpanan minyak goreng. Oli A dan oli B disimpan pada suhu yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan minyak goreng yaitu suhu 5°C. Adanya penurunan energi aktivasi hingga bernilai negatif tersebut bisa terjadi karena ketidaksesuaian antara indikator dengan sifat karakteristik medium. Medium yang digunakan mempunyai sifat karakteristik yang berbeda dapat dilihat dari gramatur dan rapat massanya.
29 semakin tinggi pula daya ikat antar seratnya, dan sebaliknya. Daya ikat antar serat tersebut dapat menentukan kemampuan kertas atau karton dalam mengalirkan suatu zat cair. Semakin tinggi daya ikat antar serat dapat membuat jarak antar partikel semakin kecil dan laju peresapan zat cair pada medium tersebut semakin rendah. Dan sebaliknya, Semakin rendah daya ikat antar serat dapat membuat jarak antar partikel semakin besar dan laju peresapan zat cair pada medium tersebut semakin tinggi.
Hubungan energi aktivasi dengan laju peresapan berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju peresapannya semakin lambat. Hal ini dikarenakan energi minimum yang dibutuhkan indikator untuk meresap pada medium semakin besar. Pada pembuatan label cerdas ditentukan jenis medium dengan indikator yang mempunyai energi aktivasi yang tinggi agar indikator tersebut mempunyai laju peresapan yang rendah. Laju peresapan yang rendah akan membuat label cerdas yang dibuat lebih praktis dan tidak membutuhkan tempat penyimpanan yang luas. Berdasarkan kondisi tersebut maka indikator yang paling baik untuk pembuatan label cerdas adalah oli A. Jenis medium yang baik digunakan dapat dilihat dari energi aktivasi paling tinggi. Urutan nilai energi aktivasi pada medium dari yang rendah sampai yang tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto.
Pemilihan oli yang termasuk kategori non pangan sebagai indikator dalam pembuatan label cerdas ini tidak akan berbahaya untuk produk makanan yang disimpan terutama bagi kesehatan konsumen. Hal ini dikarenakan pada saat aplikasi nanti indikator tersebut tidak akan kontak langsung dengan produk, melainkan sebagai indikator pencatat yang akan terlindung di bagian tengah bersama medium dengan bagian atas dan bawah akan dilapisi oleh layer dengan bahan tertentu. Sehingga oli tidak akan mengkontaminasi produk makanan yang disimpan di dalam lemari es. Prototype dari aplikasi label cerdas di dalam lemari es selama 4 hari penyimpanan dapat dilihat pada Lampiran 4.
30
PENUTUP
Simpulan
Gramatur kertas atau karton terendah sampai tertinggi yaitu kertas HVS 80g gambar, buffalo, concord, foto dan karton duplex. Sedangkan rapat massa kertas atau karton terendah sampai tertinggi yaitu karton duplex, concord, buffalo, gambar, HVS 80 g dan foto. Nilai densitas dan viskositas ketiga indikator berbeda. Densitas dan viskositas dipengaruhi oleh suhu. Adaya peningkatan suhu menyebabkan nilai densitas dan viskositas menurun, begitu pula sebaliknya. Densitas tertinggi dan terendah ketiga indikator yaitu pada suhu 25°C dan 50°C, sedangkan viskositas tertinggi sampai terendah ketiga indikator viskositas tinggi pada suhu 40°C yaitu Oli A, oli B dan minyak goreng.
Suhu sangat berpengaruh pada daya resap indikator pada medium. Semakin rendah suhu menyebabkan daya resap indikator semakin rendah pula, dan sebaliknya. Indikator dan medium yang sesuai dapat ditentukan dari nilai tetapan laju serapan dan energi aktivasi. Berdasarkan nilai energi aktivasi, maka jenis indikator yang paling sesuai yaitu oli A dengan nilai energi aktivasi paling tinggi dari indikator yang lain. Minyak goreng dan oli B mempunyai energi aktivasi negatif. Nilai negatif menunjukkan tidak ada penghalang yang menghambat aliran indikator pada medium sehingga daya serapnya tinggi dan tidak sesuai dengan label cerdas yang akan dibuat dengan indikator yang mempunyai daya resap rendah. Dengan demikian nilai energi aktivasi pada medium dari yang rendah sampai yang tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto.
Saran
Indikator minyak goreng tidak dapat digunakan untuk indikator label cerdas karena mempunyai titik beku yang lebih tinggi dibandingkan suhu penyimpanan lemari es. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai zat cair lain yang mempunyai viskositas lebih tinggi dari oli agar daya serapnya rendah. Selain itu juga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai jenis kertas atau karton lain yang dapat digunakan sebagai medium pembuatan label cerdas. Dengan adanya jenis kertas atau karton dan zat cair lain untuk pembuatan label cerdas, maka dapat diketahui jenis kertas atau karton dan zat cair yang paling sesuai untuk menghasilkan label cerdas dengan aplikasi penyimpanan yang lebih maksimal.
DAFTAR PUSTAKA
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2006. Biodiesel. Jakarta : Standar Nasional Indonesia.
31 Adhi A, Susanto SA.2013. Pengaruh Pemilihan Tinta Terhadap Kualitas Cetak Dalam Industri Percetakan Koran. Jurnal Dinamika Teknik. Vol. 7 (1): hlm 9-16.
Adrimarsya. 2012. Difusi Dan Osmosis [Internet]. [diunduh 2014 Jan 12]. Tersedia pada : http://Adrimarsya.wordpress.com/2012/12/05/difusi-dan-osmosis/.
Ahvenainen R. 2003. Active and Intelligent Packaging. Di dalam : Ahvenainen R, editor. Novel Food Packaging Techniques. Abington : Woodhead Publishing. hlm 5-21.
Borah JM, Mahiuddin S. 2008. Adsorption and Surface Complexation of Trimesic Acid at the α-alumina–electrolyte Interface, Journal of Colloid and Interface Science, 322, pp. 6–12.
Casey JP. 1961. Pulp and Paper, vol.II Second Ed. New York : International Publisher.
Coe JS. 1971. Chemical Equilibrium. An Introduction, London : Methuen Educational. p. 1-7.
Cuah TG, Ling HL, Chin NL, Choong TSY, Fakhru’l-Razi A. 2008. Effect temperatures on rheological behaviour of dragon fruit (hylocereus sp). J Food Eng 4(7): 1-30.
Hasnedi, YW. 2009. Pengembangan Kemasan Cerdas (smart packaging) dengan Sensor Berbahan Dasar Chitosan-Asetat, Polivinil Alkohol, dan Pewarna Indikator Bromthymol Blue sebagai Pendeteksi Kebusukan Fillet Ikan Nila [skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor.
Kanoni. 1999. Hand Out Pengetahuan Bahan (Viskositas). TPHP UGM. Yogyakarta.Utomo, J.S. dan S.S. Antarlina. 2002. Tepung Instant Ubi Jalar
untuk Pembuatan Roti Tawar. Majalah Pangan No: 38/XI/Jan/2002. hlm:
28-34.
Lestari IA. 2013. Pembuatan Label Cerdas Pendeteksi Esherichia Coli [Skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor.
McCabe WL, Smith JC, Harriot P. 1999.Unit Operasi Teknik Kimia, Edisi 4. Ir. E. Jasjfi, M.Sc, penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari Unit Operations of Chemical Engineering, Fourth Edition.
Nasution ZA. 2010. Pembuatan Dan Karakterisasi Kertas Dari Limbah Jerami Padi Untuk Tatakan Gelas Cetak Tangan. Medan : Balai Riset dan Standarisasi Industri.
Noureddini H, Teoh BC, Clements LD. 1992. Densities of vegetabel oils and fatty acids. J Am Oil Chem Soc 69(12): 1184-1188.
Nugroho SR, Sunarno H. 2012. Identifikasi Fisis Viskositas Oli Mesin Kendaraan Bermotor terhadap Fungsi Suhu dengan Menggunakan Laser Helium Neon. Jurnal Sains dan Seni. hlm: 1-5
Nurminah M. 2002. Sifat Kemasan Plastik dan Kertas,Serta Pengaruh Terhadap Makanan. Fakultas Pertanian : Universitas Sumatra Utara
Putri CDW. 2012. Kemasan Cerdas Indikator Warna Untuk Mendeteksi Kesegaran Buah Nanas Potong Selama Penyimpanan [Skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor.
32
Robertson G. 2006. Food Packaging Principles and Practices. Ed ke-2. Boca Raton, Fla: Taylor & Francis.
Sinuhaji P. 2010. Interaksi Serat Limbah Industri Pulp Dengan Serat Nanas, Pisang Dan Rami Pada Pembuatan Karton [disertasi]. Medan : Universitas Sumatra Utara
Smith EB. 1993. Basic Chemical Thermodynamic, Clarendon Press, Oxford, p. 36-62.
Soedarmo H. 2008. Panduan Praktis Merawat & Memperbaiki Sepeda Motor. Jakarta : Gedium Pustaka Utama.
Taoukis PS, Labuza TP. 1989. Applicability of time temperature indicators as shelf-life monitors of food products. Di dalam Joseph K, Paul B, editor. Journal of Food Science, 54, 783–788.
Taoukis PS, Labuza TP. 2003. Time-temperature indicators (TTIs). Di dalam Ahvenainen R, editor. Novel Food Packaging Techniques (pp. 103–126). Cambridge UK: Woodhead Publishing.
Vaitilingom G, Liennard A. 1997. Various Vegetables Oils as Fuel for diesel and Burners : J. cuercasi Particularities. Hlm.. 98-109 dalam G.M. Gubitz, M. Mittelbach dan M. Trabi (ed), Biofuels and Industry Product from Jatropha curcas, , Austria : Dbv – Verlag Fur die Technische Universitat Graz Wanihsuksombat C, Hongtrakul V, Suppakul P. 2010. Development and
33 Lampiran 1 Penjabaran kinetika orde satu hukum Fick dalam penentuan koefisien
panjang peresapan
Persamaan kinetika orde satu :
∫
∫
[
]
Koefisien laju tetapan (k) peresapan dapat diperoleh dari slope pada grafik hubungan [
] dengan waktu (t).
Selanjutnya nilai k digunakan untuk menghitung energi aktivasi (Ea). Ea dapat diperoleh dari slope pada grafik hubungan ln k dengan 1/T.
Persamaan 1 & 2
1
Lampiran 2 Peresapan panjang tinta pada kertas jam ke-0 sampai jam ke-1
Jam Ke
Jenis Tinta
Boardmarker Stempel Bak Tato Permanen Tato Non
permanen
0
1
Lampiran 3 Nilai rataan panjang serapan setiap jenis kertas pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B penyimpanan jam ke-0 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) Jenis
Indikator
Jenis kertas
Jam Ke (cm)
0 24 48 72 96
Minyak Goreng
Buffalo 0 4.350 6.113 7.375 8.513
HVS 80 g 0 8.238 11.700 14.250 6.450
Foto 0 5.92 8.600 10.425 12.038
Coancoard 0 9.913 14.075 17.588 21.225
Gambar 0 7.725 11.025 13.550 15.513
Duplex 0 10.213 13.800 17.250 19.700
Oli A
Buffalo 0 4.867 6.833 8.400 9.783
HVS 80 g 0 4.767 7.033 8.700 10.050
Foto 0 3.983 5.500 6.750 7.700
Coancoard 0 7.450 10.633 13.033 14.933
Gambar 0 4.083 5.817 7.167 8.267
Duplex 0 4.833 7.050 8.883 10.350
Oli B
Buffalo 0 4.617 6.617 8.250 9.500
HVS 80 g 0 4.967 7.633 9.333 10.683
Foto 0 3.850 5.300 6.350 7.333
Coancoard 0 7.450 10.917 13.417 15.400
Gambar 0 4.083 5.700 7.233 8.100
Duplex 0 5.967 8.317 10.117 11.667
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B
Jenis Indikator
Jam Ke
Jenis Kertas
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
Minyak Goreng
24
48
72
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B (Lanjutan)
Jenis indikator
Jam Ke
Jenis Kertas
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
96
Oli A
24
48
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B (Lanjutan)
Jenis indikator
Jam Ke
Jenis Kertas
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
72
96
Oli B 24
![Gambar 16 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/408753.419204/38.595.146.457.324.480/gambar-grafik-hubungan-antara-ln-l-l-dengan.webp)
