APLIKASI
MOISTURE ABSORBER
PADA KEMASAN
BIOPLASTIK UNTUK PENYIMPANAN TOMAT
SRI MARYATI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Aplikasi Moisture Absorber pada Kemasan Bioplastik untuk Penyimpanan Tomat 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 tesis ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2016 Sri Maryati
RINGKASAN
SRI MARYATI. Aplikasi Moisture Absorber pada Kemasan Bioplastik untuk Penyimpanan Tomat. Dibimbing oleh EMMY DARMAWATI dan TITI CANDRA SUNARTI.
Pengemasan merupakan salah satu bagian dari rangkaian penanganan pascapanen pada produk hortikultura yang dapat mempertahankan kualitas produk. Kemasan memiliki fungsi untuk melindungi produk sehingga tetap dalam keadaan baik sampai di tangan konsumen. Saat ini penggunaan kemasan plastik sebagai bahan pengemas banyak digunakan karena ringan, serbaguna, murah, dan fleksibel sehingga mudah mengikuti bentuk produk yang dikemas, bahkan yang berbentuk tidak simetris seperti produk hortikultura. Namun kemasan plastik juga mempunyai kelemahan yaitu tidak tahan panas, berpotensi melepaskan migran berbahaya dari sisa polimer dan sulit terdegradasi yang berdampak pada pencemaran lingkungan. Pada akhirnya dikembangkan plastik yang mudah terurai yang dikenal dengan bioplastik. Kelemahan kemasan bioplastik untuk penyimpanan produk segar hortikultura adalah menurunnya kekuatan kemasan karena menyerap sebagian uap air yang dihasilkan dari proses respirasi produk yang dikemasnya. Uap air hasil respirasi yang tidak terserap akan meningkatkan kandungan uap air dalam kemasan dan bahkan dapat terbentuk kondensasi air dipermukaan kemasan yang menyebabkan kerusakan pada produk yang dikemas. Salah satu solusi untuk mengurangi kandungan uap air dalam kemasan adalah dengan penambahan moisture absorber. Silika gel merupakan salah satu moisture absorber yang umum digunakan. Selain dapat digunakan berulangkali, silika gel memiliki daya serap uap air yang baik yaitu 35-50% dari bobot silika gel itu sendiri. Diharapkan dengan penambahan silika gel dalam kemasan dapat mempertahankan sifat mekanik bioplastik dan memperpanjang umur simpan tomat.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan absorbsi H2O oleh silika gel pada suhu 10 oC dan 27 oC sama yaitu 35% dari bobot silika gel itu sendiri, namun laju absorbsinya dipengaruhi oleh suhu penyimpanan. Pada suhu 27 oC laju penyerapan H2O tertinggi terjadi pada hari pertama penyimpanan yaitu 1.004 g/g gel/hari, sedangkan suhu 10 oC laju tertinggi terjadi pada hari kedua penyimpanan dengan laju tertinggi 0.866 g/g gel/hari. Pemberian silika gel pada kemasan tidak menurunkan kemampuan serap kemasan, tetapi peran silika gel mampu membuat kemasan terhindar dari penyerapan uap air, sehingga terjaga kekuatannya. Penambahan silika gel dalam kemasan bioplastik pada suhu 10 oC dapat mempertahankan kuat tarik kemasan sebesar 35% dibandingkan kemasan tanpa silika gel yaitu 31%. Sedangkan pada suhu 27 oC penambahan silika gel dapat mempertahankan kuat tarik sebesar 40% dibandingkan dengan kemasan tanpa silika gel yaitu 36% dari kuat tarik awal selama 26 hari penyimpanan. Penambahan silika gel dalam kemasan bioplastik dapat memperlambat laju respirasi tomat dan penurunan bobot buah tomat ≤ 5% dari berat awal tomat selama 24 hari penyimpanan. Hasil uji statistik menunjukkan penambahan silika gel sebesar 1.3% dari bobot tomat yang dikemas tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap perubahan kekerasan, total padatan terlarut, kadar vitamin C dan warna tomat. perubahan pada parameter mutu tomat lebih dipengaruhi oleh suhu dan lama penyimpanan.
SUMMARY
SRI MARYATI. Application of Moisture Absorber into Bioplastic Packaging for Tomato Storage. Supervised by EMMY DARMAWATI and TITI CANDRA SUNARTI.
Packaging is a series of steps in horticultural post-harvest handling to maintain quality. It also has a function to keep the products in good condition to the consumers. Recently, plastic is widely used as the packaging material due to its characteristic which is lightweight, versatile, inexpensive, and flexible; making it easy to follow the shape of the packaged product, even non-symmetrical shaped like horticultural products. However, it also has the disadvantages such as thermolabile, releasing potentially harmful migrants from the residual of the monomer polymer, and difficult to be degraded. Plastic packaging that can not be degraded in a short time caused environmental pollution. Therefore, biodegradable plastic known as bioplastics developed. Packaging technology requiring adjustment between the package material and the packaged product moisture. Because water is the main factor that causes damage to horticultural products, condensation found on the products packaging can cause decay. A solution to reduce the moisture content in the package is the addition of moisture absorber. Silica gel is one of the most moisture absorber widely used. It can be used repeatedly and has a good moisture absorption (35-50% of the weight of the silica gel itself). It is expected that the addition of silica gel in the packaging can retain mechanical properties of bioplastics and extend the shelf life of tomatoes.
The material used is tomato (Lycopersicum esculentum Mill) which is harvested at the ripeness index 3 (turning ± 120 days after planting or 10-30% of tomato red colour appeared). The package material applied is fruit bag shaped commercial bioplastic and moisture absorber is silica gel in sachet. The research conducted as two steps, the first one as the preliminary research for defining weight of silica gel for tomato storage on the bioplastic by measuring the ability of silica gel absorption to the H2O and measuring the amount of vapour resulted from respiration of packaged tomato. The second steps is the main research, investigating the influence of the moisture absorber application in bioplastic packaging against the mechanical properties of the package and tomatoes quality with the treatmeant of temperatures (27oC and 10 oC) compared without the use of the moisture absorber. In one unit experiments the weight of each packaging contain of 500 g of tomatoes. The objectives of the research are to study the effects of temperatures and silica gel as the moisture absorber to the package strength and tomato quality during storage. Measurement of absorbed water by silica gel during storage carried out by the gravimetric method. Measurement of tensile strength and elongation of package applied with the method of ASTM D 638, meanwhile the absorption of H2O is measured by gravimetric method. The properties of tomato quality being observed covered the rate of respiration, weight loss, hardness, total soluble solid, ascorbic acid concentration and the colour of tomato. The observation applied to the silica gel, package and the quality of tomato were carried out in every 2 days.
The results showed that the H2O absorption by silica gel at the temperatures of 10 oC and 27 oC are relatively similar at 35% weight basis, but the absorption rate affected by temperatures. The temperature of 27 oC showed the highest H
absorption at the first day storage at 1.004 g/g gel/day, meanwhile for the temperature of 10 oC the highest value resulted at the second day storage at 0.866 g/ g gel/day. Silica gel application into the packaging not lowering the ability of package to absorb H2O, but the role of silica gel is able to make the packaging to avoid the absorption of moisture, so it maintained bioplastic strength. Application of silica gel into the bioplastic packaging at the temperature of 10 oC could maintain the tensile strenght at 35% compared to packaging without the silica gel is 31%. Meanwhile at the temperature of 27 oC, silica gel application could maintain 40% of tensile strenght compared to packaging without silica gel at 36% in 26 days of storage. Silica gel application into bioplastic packaging could reduce respiration rate of tomatoes and decrease ≤ 5% of tomato weight loss in 24 days of storage. The statistic analysis showed that the additional of 1.3% silica gel from the weight of tomato is not significantly affected to the hardness change, total soluble solid, ascorbic acid concentration and the colour of tomato. The alteration of the properties of tomato quality more influenced by the temperature and time of storage.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Pascapanen
APLIKASI
MOISTURE ABSORBER
PADA KEMASAN
BIOPLASTIK UNTUK PENYIMPANAN TOMAT
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2016
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2014 sampai September 2015 ini ialah Aplikasi Moisture Absorber pada Kemasan Bioplastik untuk Penyimpanan Tomat.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Direktorat Pendidikan Tinggi Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang telah memberikan kesempatan untuk mendapatkan beasiswa BPPDN untuk tingkat strata 2 (S2). Kepada yang terhormat Ibu Dr. Ir. Emmy Darmawati, M.Si dan Ibu Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada para teknisi dan laboran Bapak Sulyaden dan Baskara EN dari Laboratorium TPPHP TMB, staf program studi TPP Ibu Rusmayanti dan Pak Ahmad Mulyawatullah serta rekan-rekan TPP angkatan 2013 yang telah membantu dalam persiapan dan pelaksanaan penelitian ini. Ungkapan terimakasih yang tak terhingga juga disampaikan kepada suami dan anak-anak tercinta, ibunda dan ayahanda tersayang, kakak, abang, adik serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 3
Ruang Lingkup Penelitian 3
TINJAUAN PUSTAKA 3
Tomat 3
Bioplastik 6
Moisture Absorber 6
METODE 7
Tempat dan Waktu Penelitian 7
Bahan dan Alat 7
Tahapan Penelitian 8
Prosedur Pengujian 11
Rancangan Penelitian 14
HASIL DAN PEMBAHASAN 14
Daya Absorbsi Uap Air oleh Silika Gel 14
Pengaruh Silika gel terhadap Sifat Mekanik Bioplastik selama`
Penyimpanan Tomat 18
Pengaruh Penggunaan Silika Gel terhadap Perubahan Sifat Fisiologi`
Fisiko-kimia Tomat selama Penyimpanan 24
KESIMPULAN DAN SARAN 33
Kesimpulan 33
Saran 34
DAFTAR PUSTAKA 34
LAMPIRAN 39
DAFTAR TABEL
1 Kandungan gizi untuk setiap 100 g tomat muda 4
2 Klasifikasi tahapan kematangan tomat 5
3 Korelasi susut bobot dengan absorbsi H2O oleh bioplastik 27
DAFTAR GAMBAR
1 Bagan alir pengukuran laju absorbsi uap air oleh silika gel 9 2 Bagan alir pengukuran kandungan air tomat dalam chamber 10 3 Diagram alir proses pengemasan dan penyimpanan tomat
dalam kemasan bioplastik 11
4 a) Chromameter dan b) Sistem notasi warna Hunter 14 5 Pengaruh suhu terhadap laju absorbsi H2O oleh silika gel
seiring waktu pada kondisi jenuh uap air 15
6 Pengaruh suhu terhadap daya absorbsi H2O oleh silika gel
seiring waktu pada kondisi jenuh uap air 16
7 Pengaruh suhu terhadap absorbsi H2O oleh silika gel selama
penyimpanan tomat dalam kemasan bioplastik 17
8 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap absorbsi H2O oleh bioplastik selama penyimpanan tomat 18 9 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap kuat tarik
kemasan bioplastik selama penyimpanan buah tomat 20 10 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap elongasi
kemasan bioplastik selama penyimpanan buah tomat 22 11 Perubahan kuat tarik bioplastik (MPa) terhadap absorbsi
H2O oleh bioplastik (%) suhu penyimpanan 10 oC dan 27 oC
dengan dan tanpa penambahan silika gel 23
12 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap laju respirasi
tomat (ml/kg.jam) selama penyimpanan 24
tomat (oBrix) selama penyimpanan 29
17 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap kadar
vitamin C tomat (mg/100 g) selama penyimpanan 31 18 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap perubahan
nilai L* tomat selama penyimpanan 32
DAFTAR LAMPIRAN
1
Perhitungan kebutuhan silika gel dalam kemasan 392 Foto Dokumentasi Penelitian 39
3 Tekanan uap air jenuh pada berbagai suhu penyimpanan 40 4 Analisis sidik ragam karakteristik kemasan dan silika selama
penyimpanan 41
5 Analisis sidik ragam karakteristik mutu tomat selama penyimpanan 42 6 Lanjutan Analisis sidik ragam karakteristik mutu tomat selama
penyimpanan 43
7 Rataan parameter Kemasan bioplastik dan silika gel selama
penyimpanan 44
8 Rataan parameter mutu tomat selama penyimpanan 45 9 Lanjutan rataan parameter mutu tomat selama penyimpanan 46 10 Lanjutan rataan parameter mutu tomat selama penyimpanan 47 11 Korelasi antarparameter kemasan dengan penambahan dan tanpa
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengemasan merupakan salah satu bagian dari rangkaian penanganan pascapanen pada produk hortikultura yang dapat mempertahankan kualitas produk. Kemasan memiliki fungsi untuk melindungi produk sehingga tetap dalam keadaan baik sampai di tangan konsumen. Saat ini penggunaan kemasan plastik sebagai bahan pengemas banyak digunakan karena ringan, serbaguna, murah, dan fleksibel sehingga mudah mengikuti bentuk produk yang dikemas, bahkan yang berbentuk tidak simetris seperti produk hortikultura. Namun kemasan plastik juga mempunyai kelemahan yaitu tidak tahan panas, berpotensi melepaskan migran berbahaya dari sisa polimer dan sulit terdegradasi yang berdampak pada pencemaran lingkungan. Menurut data Kementrian Lingkungan Hidup (2012), sampah di 14 kota besar di Indonesia mencapai 1.9 juta ton per tahun, dimana 53% merupakan limbah plastik dan pada tahun 2014 meningkat 4.5 juta ton per tahun. Tingginya angka limbah plastik dan keinginan konsumen memperoleh produk yang aman saat dikonsumsi sehingga dikembangkan plastik yang mudah terurai yang dikenal dengan bioplastik. Ammala et al. (2011) menyatakan bioplastik dalam kondisi aerobik akan terurai menjadi CO2, H2O dan biomassa atau terurai menjadi metana dan biomassa dalam kondisi anaerobik.
Bioplastik berbahan dasar pati mulai popular digunakan oleh masyarakat. Kemasan ini juga telah dikembangkan dalam berbagai bentuk sesuai penggunaannya, salah satunya fruit bag. Namun, menurut Iflah (2013), penggunaan kemasan bioplastik untuk penyimpanan produk hortikultura pada suhu rendah dapat menurunkan performanya dalam melindungi produk yang dikemasnya. Hal ini dikarenakan bioplastik sangat mudah menyerap uap air yang berdampak pada penurunan sifat mekanik kemasan (Gaspar et al. 2005). Selain itu produk hortikultura seperti tomat yang dikemas bioplastik selama penyimpanan masih melakukan proses metabolisme yang mengeluarkan uap air sehingga terjadi kondensasi dalam kemasan.
Teknologi pengemasan ini memerlukan kesesuaian antara bahan kemasan dan produk yang dikemas dimana kelembaban air adalah faktor utama yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada produk hortikultura, kondensasi air dapat ditemukan pada kemasan yang menyebabkan terjadinya kebusukan produk. Laju transmisi uap air dapat diindikasikan dari tingkat laju respirasi suatu produk yang dibagi menjadi dua golongan yaitu klimakterik dan non klimakterik. Tomat merupakan representasi buah dari golongan klimakterik, yaitu buah yang mengalami kenaikan respirasi setelah pemanenan sehingga dapat matang sempurna setelah dipanen.
2
Salah satu solusi untuk mengurangi kandungan uap air dalam kemasan adalah dengan penambahan moisture absorber. Selain untuk mengabsorbsi uap air hasil respirasi tomat, moisture absorber juga berfungsi untuk meminimalisasi kemasan bioplastik mengabsorbsi uap air sehingga sifat mekanik kemasan dapat dipertahankan selama digunakan sebagai kemasan tomat yang disimpan pada suhu rendah (10 oC). Menurut Rodrigues dan Han (2003) penggunaan moisture absorber sangat efektif mempertahankan mutu dan memperpanjang masa simpan dari produk yang dikemas. Berbagai jenis moisture absorber seperti sorbitol, xylitol, NaCl, KCl, CaCl2 dan silika gel telah digunakan untuk menyerap uap air dalam kemasan buah dan sayuran (Singh et al. 2014; Mahajan et al. 2008). Silika gel merupakan salah satu moisture absorber yang paling umum digunakan. Selain dapat digunakan berulangkali, silika gel memiliki daya serap uap air yang baik sebagaimana dilaporkan De Jong et al. (2005); Mahajan (2008); Rooney (2005); dan Singh et al. (2014). Penelitian-penelitian tersebut menggunakan kemasan berbahan LDPE dan PP yang merupakan kemasan berbahan polimer sintetis sehingga tidak terjadi interaksi antara kemasan dengan akumulasi uap air dalam kemasan. Berdasarkan hal tersebut penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana perubahan kemasan bioplastik berbasis pati dengan penambahan silika gel sebagai moisture absorber dapat mempertahankan sifat mekanik bioplastik dan memperpanjang umur simpan tomat.
Perumusan Masalah
Kemasan bioplastik berbahan dasar pati bersifat higroskopis jika disimpan pada suhu rendah akan mengalami perubahan sifat mekanik dari kemasan. Perubahan tersebut berupa terjadinya swelling yaitu penyusunan kembali struktur polimer kemasan yang menyebabkan pori-pori kemasan semakin rapat sehingga kemasan sulit untuk melewatkan uap air dari dalam kemasan ke lingkungan luar. Diperlukan suatu metode untuk menanggulangi uap air yang terakumulasi di dalam kemasan agar karakteristik kemasan dan mutu tomat tetap terjaga, yaitu dengan cara penambahan silika gel sebagai moisture absorber. Untuk mengukur efektifitas aplikasi perlu dilakukan pengukuran daya absorbsi H2O oleh silika gel yang bertujuan untuk mengetahui sejauh mana kemampuan silika gel dalam menyerap uap air saat diaplikasikan dalam kemasan yang berisi buah tomat. Pengukuran H2O hasil respirasi tomat perlu dilakukan untuk dapat memprediksikan banyaknya uap air yang akan dikeluarkan oleh tomat selama 30 hari penyimpanan. Banyaknya bobot silika gel di dalam kemasan ditentukan dengan H2O hasil respirasi tomat dengan daya absorbsi silika gel selama penyimpanan. Penambahan silika gel pada kemasan bioplastik diharapkan mampu mengatasi permasalahan uap air dalam kemasan sehingga dapat mempertahankan sifat mekanik kemasan dan memperpanjang umur simpan tomat
Tujuan Penelitian
3 keterkaitannya antara perubahan karakteristik kemasan terhadap karakteristik mutu tomat.
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Menganalisis kebutuhan silika gel dalam kemasan, berdasarkan daya absorbsi silika gel dan jumlah H2O hasil respirasi buah tomat.
2. Menganalisis penggunaan moisture absorber terhadap perubahan karakteristik kemasan bioplastik selama penyimpanan
3. Menganalisis penggunaan moisture absorber terhadap perubahan parameter mutu tomat selama penyimpanan
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini dapat memberikan alternatif dalam pengemasan produk hortikultura untuk membatasi pemakaian plastik sintetis yang sulit terurai dengan kemasan bioplastik yang dapat terurai sehingga lebih ramah lingkungan. Adanya sifat hidrofilik pada kemasan bioplastik merupakan kelemahan bioplastik jika digunakan untuk kemasan produk hortikultura segar seperti tomat sehinggga untuk mengatasinya dapat diterapkan dengan penambahan moisture absorber pada kemasan bioplastik agar dapat mempertahankan sifat mekanik kemasan dengan cara meminimalisasi penyerapan uap air oleh bioplastik dari H2O hasil respirasi tomat sehingga kemasan mampu melindungi produk yang dikemasnya dengan baik.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup yang menjadi batasan pada penelitian ini adalah 1. Kemasan bioplastik berbahan dasar pati tapioka berbentuk fruit bag 2. Moisture absorber yang digunakan adalah silika gel
3. Tomat yang digunakan adalah varietas apel dengan tingkat kematangan turning (indeks 3)
TINJAUAN PUSTAKA
Tomat
Tomat (Lycopersicum esculentum Mill) merupakan produk hortikultura yang termasuk dalam golongan buah klimaterik. Kualitas kesegaran tomat dapat dilihat dari berbagai atribut seperti penampakan, kekerasan, citarasa dan kandungan gizi. Adapun kandungan gizi untuk setiap 100 g tomat dapat dilihat pada Tabel 1.
4
Jika tujuan pemasaran adalah pasar lokal yang jaraknya tidak begitu jauh, dapat ditempuh dalam beberapa jam, panen sebaiknya dilakukan sewaktu buah masih berwarna kekuning-kuningan (turning). Untuk pemasaran ke tempat yang jauh atau untuk di ekspor, buah sebaiknya dipetik sewaktu masih berwarna hijau, tetapi sudah tua benar (mature green) atau 8-10 hari sebelum menjadi masak atau berwarna merah
Tabel 1 Kandungan gizi untuk setiap 100 g tomat muda
Kandungan gizi Nilai satuan
Sumber: USDA National Nutrien Data Base (2012)
Selain umur petik, perubahan warna pada tomat juga bisa dijadikan indikator. Warna merupakan salah satu indikator kematangan tomat yang mudah untuk diamati, beberapa skala nilai subyektif dan grafik warna telah dikembangkan untuk mengklasifikasikan tahap kematangan tomat seperti pada Tabel 2. Tomat pada tahap perkembangan breaker merupakan tahap yang paling sering dipanen untuk tujuan ekspor, sedangkan tomat untuk pasar lokal biasanya dipanen pada tingkat light–red atau red. Buah yang dipetik pada tahap mature green akan memiliki masa simpan yang lebih lama akan tetapi mengalami perubahan pembentukan warna dan rasa yang tidak diinginkan (Jones 1999).
Nunes (2008) menyatakan suhu optimum untuk penyimpanan dingin tergantung pada tingkat kematangan tomat pada saat panen. Tomat kelompok immature green dan mature green lebih sensitif terhadap suhu dingin daripada tomat kelompok pink atau light-red. Tomat kelompok pink atau light-red jika disimpan lebih dari 2 minggu dibawah 10oC atau lebih lama dari 6-8 hari pada suhu 5oC akan mengalami chilling injury. Chilling injury merupakan indikasi kegagalan untuk mematangkan dan perubahan warna dan citarasa yang tidak diharapkan, pelunakan terlalu cepat, pitting pada permukaan, biji berwarna coklat dan meningkatnya bagian yang busuk. Pada tomat kelompok immature green dan mature green dapat disimpan sampai 14 hari pada suhu 12.5-15 oC tanpa mengalami permasalahan utama seperti penurunan citarasa dan perubahan warna.
5 Tabel 2 Klasifikasi tahapan kematangan tomat
Tingkatan Warna
Klasifikasi Deskripsi
Mature green Seluruhnya berwarna hijau dan telah matang
Breaker Mulai ada perubahan warna (merah muda, merah atau hijau kekuningan) tetapi tidak lebih dari 10%
Turning Lebih dari 10% tetapi tidak lebih dari 30% berwarna merah muda, merah atau jingga. Pink Lebih dari 30% tetapi tidak lebih dari 60%
berwarna merah muda atau merah
Light –red Lebih dari 60% tetapi tidak lebih dari 90% berwarna merah
Red Lebih dari 90 % berwarna merah; tingkat kematangan yang diharapkan
Sumber : Batu (2003)
Nunes (2008) menyatakan suhu optimum untuk penyimpanan dingin tergantung pada tingkat kematangan tomat pada saat panen. Tomat kelompok immature green dan mature green lebih sensitif terhadap suhu dingin daripada tomat kelompok pink atau light-red. Tomat kelompok pink atau light-red jika disimpan lebih dari 2 minggu dibawah 10oC atau lebih lama dari 6-8 hari pada suhu 5oC akan mengalami chilling injury. Chilling injury merupakan indikasi kegagalan untuk mematangkan dan perubahan warna dan citarasa yang tidak diharapkan, pelunakan terlalu cepat, pitting pada permukaan, biji berwarna coklat dan meningkatnya bagian yang busuk. Pada tomat kelompok immature green dan mature green dapat disimpan sampai 14 hari pada suhu 12.5-15 oC tanpa mengalami permasalahan utama seperti penurunan citarasa dan perubahan warna.
Menurut Kitinoja (2003) penyimpanan tomat mature green pada suhu 18-220C dengan RH 90-95% umur simpan selama 1-3 minggu dan tomat firm ripe pada suhu 13-150C dengan RH 90-95% umur simpan selama 4-7 hari. Menurut Pinheiro et.al (2013) kerusakan pada tomat karena chilling injury pada suhu 50C selama 11-17 hari penyimpanan menyebabkan lebih 50 % dari permukaan kulit tomat rusak terinfeksi mikroba.
6
Bioplastik
Menurut Chen (2014) Bioplastik merupakan sistem kemasan pangan baru yang dikembangkan sebagai respon terhadap tren dalam preferensi konsumen terhadap produk makanan untuk memperpanjang umur simpan dengan kualitas mutu tetap baik dan segar. Teknologi terbaru dibidang kemasan juga dapat digunakan untuk memperbaiki kekurangan dalam desain kemasan misalnya, untuk mengontrol O2, H2O, atau tingkat CO2 di area headspace kemasan. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Mistriotis et al. (2011) menyatakan laju uap air yang tinggi dari beberapa bahan bioplastik seperti PLA dan polimer berbasis pati digunakan untuk produksi film kemasan karena sifat hidrofiliknya dan kemasan bioplastik mempunyai sifat permeabilitas yang rendah terhadap CO2 dan O2 dengan laju transmisi yang mirip dengan plastik polypropylene. Fleksibilitas dari bahan yang ramah lingkungan ini menawarkan alternatif baru dalam mengoptimalkan pola perforasi untuk sistem EMAP dalam kemasan buah-buahan dan sayuran segar. Siracusa et al. (2008) laju transmisi oksigen kemasan bioplastik (PLA) sangat cocok untuk kemasan produk segar seperti tomat dan produk hortikultura lainnya yang masih berespirasi karena barrier terhadap O2 dan CO2 secara khusus disesuaikan dengan laju respirasi produk segar untuk mempertahankan kesegaran dan memperpanjang umur simpan buah dan sayuran. Paprika hijau yang dikemas dalam kemasan bioplastik dengan MAP mampu mempertahankan tingkat kekerasan, warna dan kadar vitamin C pada suhu 10oC selama 7 hari penyimpanan (Koide dan Shi 2006).
Moisture Absorber
Kelembaban air adalah faktor utama yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada produk pangan seperti oksidasi lipid, pertumbuhan mikroba, kerusakan tekstur, reaksi pencoklatan non-enzimatik, dan kerusakan pigmen (Maltini et al. 2003; Raco et al. 2006). De Ell et al. (2006) menyatakan penggunaan moisture absorber merupakan salah satu solusi untuk mengontrol RH dalam kemasan agar dapat memperpanjang umur simpan produk akibat aktivitas respirasi.
Silika gel (SiO2) merupakan granular yang dibuat secara sintesis dari sodium silicat. Silika gel dapat menyerap air dengan mudah karena memiliki tingkat penyerapan yang besar yaitu 35-50% dari berat silika itu sendiri. Silika gel sebagai adsorber (menyerap molekul beberapa substansi seperti air pada permukaan). Rooney (2005) menyatakan bahwa keuntungan dari silika gel sebagai moisture absorber karena memiliki sifat-sifat yang direkomendasikan sebagai pengawet, yaitu:
1. Mampu mengabsorbsi uap air sampai sepertiga dari beratnya. Efisiensi penyerapan ini adalah kira-kira 35% lebih besar dari bahan penyerap lainnya, sehingga silica gel lebih dipilih karena sifat tersebut.
2. Dibuat dari material inert, yaitu tidak akan merusak material lain kecuali alkalis kuat dan asam hydrofluoric yang merusaknya.
3. Mempunyai umur simpan yang lama jika dalam kondisi kedap udara. 4. Dapat digunakan berulangkali dengan proses pemanasan.
7 6. Umum digunakan dan sangat baik dikemas dalam breathable sachet.
Singh et al. (2014) menyatakan penggunaan silika gel sebanyak 90 g untuk setiap 10 kg paprika dalam kemasan MAP yang disimpan pada suhu (8 ±1 oC) memberikan pengaruh yang sangat signifikan terhadap peningkatan umur simpan paprika dengan mutu yang masih bisa diterima oleh konsumen. Mahajan et al. (2008) mengembangkan kemampuan penyerap moisture absorber pada pengemasan jamur segar dengan menggunakan kombinasi berbagai bahan penyerap air. Silika gel (2.5 g g-1), CaCl
2 (0.55 g g-1), Sorbitol (0.25 g g-1) dan Bentonit (0.2 g g-1) menjadi komposisi kombinasi terbaik dalam menyerap kelembaban air selama 7 hari penyimpanan pada suhu 4 oC.
Beberapa penelitian lainnya terkait dengan pengunaan moisture absorber melaporkan bahwa penambahan moisture absorber dapat memperpanjang umur simpan produk hortikultura. Hasil penelitian Ben-Yehoshua et al. (1983) menggunakan 5 g CaCL2 per buah untuk mengontrol kelembapan relatif dalam pengemasan paprika sebesar 80-88%. De Ell et al. (2006) menyatakan penambahan sorbitol di MAP dapat menjaga kualitas bunga brokoli secara umum bila dibandingkan dengan perlakuan kontrol. Shirazi et al. (1992) melaporkan penggunaan Kalsium klorida (CaCl2) 10 g per buah dalam kemasan tomat maturgreen pada suhu 20 0C dapat mengontrol RH dalam kemasan antara 85-90%, menekan pertumbuhan cendawan dan memperpanjang umur simpan buah tomat. Pada pengemasan MAP untuk buah terung belanda, KMnO4, Ca(OH)2, MgO dan CaO sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam kemasan plastik LDPE mampu memperpanjang umur simpan terong belanda sampai 4 minggu pada suhu 10 oC (Naibaho et al. 2013). Azevedo et al. (2011) melaporkan, campuran yang paling optimal untuk penyerapan uap air pada pengemasan jamur tiram adalah 0.5 g kalsium oksida, 0.26 g kalsium klorida, dan 0,24 g sorbitol. Masing-masing memiliki kapasitas menyerap uap air sebesar 0.813 g dan tetap dalam bentuk bubuk setidaknya 5 hari selama penyimpanan pada suhu 10 ºC.
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Waktu pelaksanaan penelitian dilakukan dari bulan Desember 2014 sampai Mei 2015.
Bahan dan Alat
8
dari PT. Tirta Marta Tangerang berbentuk fruit bag. Moisture absorber berupa silika geldalam bentuk sachet diperoleh dari toko kimia di Bogor. Bahan kimia untuk analisis kadar Vitamin C digunakan larutan iod, indikator kanji dan aquades. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat untuk analisa komponen mutu tomat: chromameter Minolta tipe CR-3000, refraktometer Atago PR-201, gas analyzer Shimadzu tipe 101 dan tipe IRA 107, Rheometer model CR-3000, elektronik UTM WDW 10E, timbangan metler PM-4800, oven Isuzu-Japan, hot sealer, alat titrasi, gelas beaker, labu takar dan lemari pendingin dengan suhu 10 oC.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri atas dua tahapan. Tahap pertama adalah penelitian pendahuluan dengan tujuan menentukan berat silika gel untuk penyimpanan tomat dalam kemasan bioplastik dengan mengukur kemampuan absorbsi silika gel terhadap H2O, dan mengukur jumlah uap air hasil respirasi tomat yang dikemas. Tahap kedua merupakan penelitian utama yaitu pengaruh aplikasi silika gel pada kemasan bioplastik terhadap sifat mekanik kemasan dan mutu tomat dengan perlakuan suhu (10 oC dan 27 oC) dibandingkan dengan dan tanpa penggunaan silika gel.
Penentuan kebutuhan silika gel dalam kemasan
Kebutuhan silika gel dalam kemasan ditentukan dengan mengetahui daya absorbsi silika gel terhadap kandungan uap air hasil respirasi tomat. Perhitungan untuk menentukan berat silika gel yang akan digunakan dalam kemasan dapat dilihat pada Lampiran 1. Pengukuran absorbsi H2O oleh silika gel menggunakan metode Song et al. (2001) dihitung sebagai
1. Pengukuran Daya absorbsi uap air silika gel
Proses pengukuran daya absorbsi silika gel terhadap uap air dilakukan menggunakan metode Song et al. (2011). Diagram alir prosedur pengukurannya disajikan pada Gambar 1. Daya absorbsi H2O oleh silika gel baik pada kondisi jenuh maupun pada saat diaplikasikan ke dalam kemasan bioplastik berisi tomat dihitung sebagai pembagian antara selisih berat akhir dengan berat awal terhadap berat awal silika gel (metode gravimetri), yang ditunjukkan pada Persamaan 3.
(1)
9
Absorbsi H2O % = WnW - Wa a x 100 %
Dimana:
Wa : bobot awal (g),
Wn : bobot pada hari ke-n penyimpanan (g)
Gambar 1 Bagan alir pengukuran laju absorbsi uap air oleh silika gel 2. Pengukuran jumlah H2O hasil respirasi tomat
Pengukuran jumlah H2O hasil respirasi tomat dilakukan pada dua kondisi penyimpanan yaitu pada suhu 10 oC dan 27 oC. Prosedur pengukuran dilakukan seperti pada Gambar 2. Proses pengukuran jumlah H2O diperlihatkan pada Lampiran 2.Hasil pengukuran H2O hasil respirasi tomat dalam chamber dihitung sebagai
LR = (RH2 x BU) - (RH1 x BU) Dimana:
LR : H2O hasil respirasi tomat (g),
RH1 : kelembaban relatif awal dalam chamber tomat (%), RH2 : kelembaban relatif akhir dalam chamber tomat (%), BU : berat udara dalam chamber tomat (g)
(3)
(4) Sampel silika gel ditimbang setiap
hari hingga berat sampel konstan Silika gel
Dikeringkan pada suhu 105 oC sampai berat stabil
Disimpan dalam chamber berisi air ¼ dari bagian dasar
Diambil sampel seberat 5 g
Penyimpanan pada suhu 27 oC
Laju absorbsi silika gel
Penyimpanan pada suhu 10 oC
10
Gambar 2 Bagan alir pengukuran kandungan air tomat dalam chamber
Pengaruh silika gel terhadap perubahan sifat mekanis kemasan bioplastik dan mutu tomat selama dalam penyimpanan
Tomat dengan tingkat kematangan turning (indeks 3) dikemas dalam bioplastik dengan berat perkemasan 500 g. Perlakuan yang diberikan adalah penambahan silika gel dalam kemasan dan tanpa silika gel. Tomat dalam kemasan disimpan pada suhu 10 oC dan 27 oC. Pengamatan dan pengukuran dilakukan setiap dua hari sekali selama 30 hari penyimpanan pada perubahan daya absorbsi silika gel, sifat mekanik kemasan dan mutu tomat. Prosedur penelitian dilakukan seperti pada Gambar 3.
Tomat
Sortasi dan pembersihan
Dimasukkan dalam chamber yang telah berisi termokopel bola basah dan bola kering dan
ditutup agar diperoleh kondisi kedap
Ditimbang seberat 500 g
Penyimpanan pada suhu 27 oC Penyimpanan pada suhu 10 oC
Data suhu direkam setiap 10 menit sekali secara otomatis oleh hibrid
recorder selama 24 jam
Uap air hasil respirasi tomat Perhitungan RH berdasarkan data
11
Gambar 3 Diagram alir proses pengemasan dan penyimpanan tomat dalam kemasan bioplastik
Prosedur Pengujian
Pengukuran absorbsi H2O oleh bioplastik
Absorbsi H2O oleh bioplastik dihitung menggunakan metode gravimetri (Obasi and Igwe 2014) seperti ditunjukkan pada Persamaan 3.
Tomat
Sortasi dan pembersihan
Ditimbang seberat 500 g
Pengemasan bioplastik tanpa penambahan moisture absorber Pengemasan bioplastik dengan
penambahan moisture absorber
Penyimpanan pada suhu 27 oC Penyimpanan pada suhu 10 oC
Pengukuran sifat mekanik kemasan; - Kuat tarik
- Elongasi
- Absorbsi H2O bioplastik Pengukuran mutu tomat;
- Laju respirasi - Total padata terlarut - Susut bobot - Kadar vitamin C - Kekerasan - Warna
Analisis data
12
Pengujian Kekuatan Tarik Kemasan
Pengujian kekuatan tarik menggunakan alat elektronik UTM Load Frames WDW-20E dengan metode ASTM D 638. Tujuannya adalah untuk melihat perubahan kekuatan mekanik plastik setelah bioplastik digunakan sebagai kemasan tomat disimpan pada suhu 10 oC dan suhu ruang (27 oC ± 2). Proses pengujian kuat tarik bioplastik diperlihatkan pada Lampiran 2. Hasil pengukuran berupa gaya (F) dihitung dengan menggunakan Persamaan 5
Kuat tarik = AF
Dimana:
F : gaya kuat tarik (N),
A : Luas penampang benda uji (mm) Pengukuran Laju Respirasi
Laju respirasi tomat diukur pada tomat yang ada dalam kemasan dengan cara membuat lubang dan dipasang selang dibagian sisi kemasan. Pengukuran dilakukan dengan menghubungkan alat pada selang yang ada pada kemasan. Komposisi gas diukur setiap dua hari sekali menggunakan metode closed system (Hasbullah 2007). Data yang diperoleh dari hasil pengukuran dikonversikan ke dalam satuan ml/kg.jam. Laju produksi CO2 dan laju konsumsi O2 dapat dihitung dengan Persamaan 6 (Hasbullah 2007).
dx : laju perubahan konsentrasi gas (%) dt : waktu (jam)
Pengukuran Susut Bobot
Pengukuran terhadap susut bobot ditentukan dengan metode gravimetri (Hiba dan Abu-Bakr 2008) dihitung sebagai
Susut bobot % = WaW - Wn
a x 100 %
Dimana:
Wa : bobot bahan awal penyimpanan (g),
Wn : bobot bahan pada hari ke-n penyimpanan (g)
Pengukuran Nilai Kekerasan (Massolo et al. 2011)
Perubahan kekerasan selama penyimpanan diukur menggunakan Rheometer model CR-3000 berdasarkan ketahanan buah terhadap alat penekan/probe. Alat diatur dengan mode 20, beban maksimum 10 kg, kedalaman penekanan 20 mm, (5)
13 kecepatan penurunan beban 60 mm/menit, dengan diameter probe 5 mm. Setelah alat di setting, produk diletakkan hingga stabil kemudian tombol start ditekan dan jarum akan bergerak ke bawah dan menusuk produk. Besarnya tekanan yang diperlukan untuk menusuk produk menunjukkan ketegaran produk. Pengukuran kekerasan dilakukan pada tiga titik secara radial untuk masing-masing buah yang disimpan. Nilai pengukuran diperoleh dalam satuan kgf dikonversikan dalam satuan Newton.
Total Padatan Terlarut (AOAC 1995)
Total padatan terlarut (TPT) diukur menggunakan refraktometer ATAGO, Japan. Sebelum digunakan, alat dikalibrasi dengan meneteskan aquades pada lensa refraktometer kemudian tombol start ditekan sampai muncul nilai nol di display. Pengukuran TPT tomat dilakukan dalam bentuk filtrat. Daging buah tomat diperas untuk mendapatkan filtratnya. Filtrat daging buah tersebut diletakkan di atas lensa refraktometer untuk dilakukan pembacaan. TPT hasil pengukuran dinyatakan dalam satuan °Brix. Lensa dibersihkan menggunakan air aquades tiap kali akan digunakan untuk pengukuran.
Kadar Vitamin C (AOAC 1995)
Kandungan vitamin C diukur dengan titrasi menggunakan larutan iodine dan menggunakan 1 ml indikator larutan amilum dengan konsentrasi 1 g/100 ml. Persiapan bahan untuk pengukuran vitamin C dilakukan dengan menghancurkan daging tomat sampai menjadi slurry, kemudian slurry tersebut ditimbang sebanyak 10 g dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml dan ditambahkan aquades sampai tanda tera lalu disaring, larutan diambil sebanyak 25 ml. Larutan indikator dibuat dengan 20 ml aquades yang telah didihkan dicampur dengan bubuk pati sebanyak 1 g menjadi larutan amilum. Proses titrasi dilakukan dengan cara larutan bahan (slurry tomat) sebanyak 25 ml diberi 1 ml indikator larutan amilum kemudian dititrasi dengan iodine. Titrasi dilakukan sampai terbentuk warna biru ungu yang stabil. Menurut (AOAC 1995) kandungan vitamin C dapat dihitung dengan
Pengukuran warna dilakukan dengan menggunakan Chromameter (CR-310) menggunakan sistem notasi warna Hunter (Gambar 4). Hasil pengukuran warna tomat diperoleh dalam 3 bentuk parameter yaitu L*, a* dan b*. Nilai L* menunjukkan tingkat kecerahan [L*=0 (hitam) dan L*=100 (putih)]. Nilai a* terdiri dari +a* menunjukkan warna merah (0 hingga 60) dan –a* menunjukkan warna hijau (0 hingga -60). Nilai +b* menunjukkan warna kuning (0 hingga 60) dan -b* menunjukkan warna biru (0 hingga -60).
14
(a) (b)
Gambar 4 a) Chromameter dan b) Sistem notasi warna Hunter
Rancangan Penelitian
Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan dua faktor. Faktor pertama adalah perlakuan penambahan silika gel dalam kemasan dan tanpa silika gel. Faktor kedua adalah suhu penyimpanan dengan dua taraf yaitu suhu 10 oC dan suhu 27 oC. Untuk faktor A adalah penggunaan silika gel memiliki dua taraf yaitu kemasan bioplastik menggunakan silika gel dengan kemasan bioplatik tanpa penambahan silika gel. Sedangkan faktor B adalah suhu penyimpanan suhu rendah yang memiliki dua taraf perlakuan yaitu suhu 10±2 oCdan suhu ruang (27±2 oC). Perlakuan ini di ulang sebanyak 2 kali ulangan sehingga diperoleh 8 unit percobaan. Analisa data dilakukan dengan analisis sidik ragam, pada selang kepercayaan 95%. Model matematis dari rancangan percobaan tersebut adalah:
Yijk = μ + Ai + Bj + (AB)ijk + εijk
Keterangan:
Yij : Respon setiap parameter yang diamati
μ : Nilai rata-rata umum
Ai : Pengaruh perlakuan penggunaan silika gel pada taraf ke-i Bj : Pengaruh perlakuan suhu penyimpanan pada taraf ke-j
(AB)ijk : Pengaruh interaksi penggunaan silika gel dan perlakuan suhu pada ulangan ke-k
εij : Pengaruh galat percobaan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Daya Absorbsi Uap Air oleh Silika Gel
15 oC laju absorbsi H
2O menurun setelah hari ke-1 sedangkan pada suhu 10 oC laju menurun setelah hari ke-2 dan selanjutnya terus menurun hingga batas kemampuan silika gel menyerap H2O. Absorbsi uap air terjadi secara fisik yaitu melalui pori-pori internal silika gel. Silika gel memiliki sisi aktif pada permukaan akibat adanya gugus silanol, siloksan, dan struktur mikropori yang memberi luas permukaan yang besar. Molekul air dapat melekat pada permukaan silika gel karena tekanan uap air lebih rendah dari pada udara di sekitarnya (Djekie, 2007).
Gambar 5 Pengaruh suhu terhadap laju absorbsi H2O oleh silika gel seiring waktu pada kondisi jenuh uap air
Kapasitas absorbsi H2O oleh silika gel pada suhu 27 oC dan 10 oC sama yaitu sebesar 35 % dari beratnya dan tercapai setelah 5 hari penyimpanan pada suhu 27 oC dan setelah 6 hari penyimpanan pada suhu 10 oC, namun laju absorbsinya dipengaruhi oleh suhu penyimpanan (Gambar 6). Suhu ruang (27 oC) menyebabkan silika gel lebih cepat menyerap H2O dengan laju penyerapan maksimum terjadi lebih awal dibandingkan dengan suhu 10 oC. Hal ini dikarenakan tekanan udara pada suhu 10 oC lebih rendah dibandingkan pada suhu 27 oC sehingga proses penetrasi uap air kedalam silika gel terjadi lebih lambat. Sebagaimana Song et al. (2001) menyatakan laju penyerapan kandungan air oleh silika gel dipengaruhi oleh suhu penyimpanan sedangkan kapasitas absorbsi dipengaruhi oleh berat dari absorber. Berdasarkan tabel uap air jenuh pada berbagai suhu pada Lampiran 2, silika gel yang disimpan pada RH jenuh (98-100%), mengabsorbsi H2O dalam bentuk uap air baik pada suhu 10 oC maupun pada suhu 27 oC. Tekanan uap air jenuh tergantung pada suhu udara penyimpanan. Semakin tinggi suhu udara penyimpanan maka kapasitas udara menampung uap air meningkat. Kondensasi uap air menjadi air lebih mudah terjadi pada suhu rendah dikarenakan daya tampung udara terhadap uap air lebih rendah.
16
silika itu sendiri. Dari hasil pengukuran di Laboratorium, silika gel yang digunakan pada penelitian ini mempunyai kapasitas penyerapan uap air maksimum 35% dari berat silika itu sendiri pada RH 98% sesuai dengan penelitian Singh et al. (2014).
Gambar 6 Pengaruh suhu terhadap daya absorbsi H2O oleh silika gel seiring waktu pada kondisi jenuh uap air
Jumlah H2O Hasil Respirasi Tomat
17 moisture absorber dalam kemasan produk segar tidak boleh lebih dari 5% dari berat produk yang dikemas. Kelebihan penambahan moisture absorber akan menyebakan susut bobot yang lebih besar. Hal ini terkait dengan perbedaan tekanan uap air di udara dalam kemasan dengan tekanan uap air dalam silika gel semakin besar sehingga untuk mencapai kondisi kesetimbangan maka silika gel akan menyerap kadar air dari dalam jaringan buah tomat.
Aplikasi Silika Gel dalam Pengemasan Tomat
Aplikasi silika gel dalam kemasan buah tomat yang disimpan pada suhu 27oC mampu menyerap uap air lebih banyak dibandingkan dengan kemasan yang disimpan pada suhu 10oC (Gambar 7). Hal ini terkait dengan kandungan uap air pada kemasan di suhu ruang lebih banyak karena metabolisme tomat lebih tinggi. Selain itu laju absorbsi H2O oleh silika gel lebih cepat terjadi, dikarenakan pada suhu 27 oC perbedaan antara tekan udara luar dengan tekan udara dalam silika gel lebih besar dibandingkan pada suhu 10 oC sehingga proses penyerapan uap air berlangsung lebih cepat.
Gambar 7 Pengaruh suhu terhadap absorbsi H2O oleh silika gel selama penyimpanan tomat dalam kemasan bioplastik
Penyerapan kandungan uap air dalam kemasan pada suhu 27 oC dengan RH ruang penyimpanan 55±8% mengalami peningkatan sampai hari ke-16, setelah itu relatif stabil sampai akhir penyimpanan (28 hari). Ini menandakan silika gel sudah mulai jenuh sehingga kemampuan absorbsinya menurun. Kapasitas maksimum penyerapan H2O oleh silika gel pada RH jenuh adalah 35%. Saat pengaplikasian kapasitas absorbsi H2O oleh silika gel hanya 27% pada suhu 27 oC dan 15% pada suhu 10 oC. Hal ini dipengaruhi kondisi RH dalam kemasan tidak jenuh sehingga uap air yang terserap juga tidak mencapai kapasitas absorbsi maksimum dari silika gel tersebut. Selain itu adanya kertas pembungkus dari silika gel juga mempengaruhi kemampuan penyerapan uap air oleh silika gel.
Penyimpanan pada suhu 10 oC dengan RH ruang penyimpanan 80±5% penyerapan uap air oleh silika gel lebih rendah dikarenakan laju respirasi tomat pada suhu rendah berjalan lebih lambat sehingga kandungan uap air yang terbentuk dalam kemasan lebih sedikit. Selain itu laju absorbsi silika gel dipengaruhi oleh suhu penyimpanan dimana pada suhu rendah proses penetrasi uap air ke dalam pori
18
internal silika gel terjadi lebih lambat. Hasil analisis sidik ragam (Lampiran 3) pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa suhu penyimpanan berpengaruh nyata pada proses absorbsi H2O oleh silika gel.
Pengaruh Silika gel terhadap Sifat Mekanik Bioplastik selama Penyimpanan Tomat
Kemasan bioplastik yang digunakan dalam penelitian ini bahan penyusun utamanya adalah campuran pati dengan polimer HDPE. Iflah (2013) melaporkan densitas bioplastik (75.56-77.00 g/cm3) lebih kecil daripada densitas HDPE (84.89-86.78 g/cm3), dimana nilai densitas yang rendah menunjukkan struktur amorf (tidak teratur) lebih mendominasi sedangkan densitas yang lebih tinggi memiliki struktur kristalin yang lebih besar. Syamsu (2007) menyatakan struktur molekul amorf memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada molekul kristalin. Penurunan kerapatan molekul menyebabkan densitas dari molekul tersebut menjadi lebih rendah. Berdasarkan nilai densitas, bioplastik menunjukkan kerapatan yang kecil (lebih renggang) yang menyebabkan gas seperti oksigen dan karbondioksida serta uap air lebih mudah keluar masuk dibandingkan kemasan plastik sintetis seperti HDPE. Hasil pengukuran WVTR bioplastik 21.56 g/m2/24 jam lebih besar daripada HDPE 13.10 g/m2/24 jam ini menunjukkan bioplastik memiliki kemampuan lebih besar untuk melewatkan air dalam bentuk uap daripada HDPE (Raynasari 2012). Absorbsi H2O oleh bioplastik
Bioplastik akan menyerap H2O dari lingkungan sekitar selama penyimpanan yang dapat berasal dari metabolisme produk tomat yang dikemas maupun dari lingkungan. Gambar 8 memperlihatkan absorbsi uap air oleh kemasan bioplastik mengalami peningkatan selama penyimpanan.
19 Absorbsi H2O oleh bioplastik pada suhu 10 oC lebih tinggi dibandingkan pada suhu 27 oC. Hal ini karena penyimpanan pada suhu rendah dapat menyebabkan percepatan proses penuaan dan retrogradasi pada matriks polimer kemasan. Kelembaban lingkungan penyimpanan yang tinggi akan mempermudah bioplastik dalam mengabsorbsi uap air baik dari dalam kemasan maupun dari lingkungan luar dalam ruang penyimpanan. Kemasan bioplastik dengan penambahan silika gel pada suhu 10 oC mampu meminimalkan absorbsi H2O oleh bioplastik daripada kemasan tanpa silika gel. Karena sebagian besar uap air hasil respirasi buah tomat dalam kemasan mampu diabsorbsi oleh silika gel. Sedangkan penyimpanan pada suhu 27 oC, absorbsi uap air oleh kemasan bioplastik tanpa penambahan silika gel sedikit lebih besar dibandingkan dengan penambahan silika gel.
Absorbsi uap air oleh kemasan bioplastik mengalami peningkatan selama penyimpanan. Kemasan bioplastik tanpa penambahan silika gel yang disimpan di suhu 10 oC mengalami peningkatan setelah hari penyimpanan ke-12. Hal ini terkait dengan laju respirasi tomat dalam kemasan, dimana fase klimakterik pada penyimpanan suhu 10 oC terjadi pada hari ke-10 sehingga terbentuknya akumulasi H2O dalam kemasan. Absorbsi H2O oleh bioplastik terus meningkat sampai akhir penyimpanan (30 hari). Pada kemasan dengan penambahan silika gel, absorbsi kandungan uap air oleh bioplastik stabil sampai hari penyimpanan ke-24. Hal ini menandakan bahwa kandungan uap air yang berada di dalam kemasan sebagian besar diabsorbsi oleh silika gel sehingga interaksi antara bioplastik dengan kandungan uap air dapat diminimalisasi. Terjadinya peningkatan absorbsi uap air oleh bioplastik setelah hari penyimpanan ke-24 menandakan bahwa silika gel dalam kemasan mulai mengalami kejenuhan dalam menyerap uap air.
Pada penyimpanan suhu 27 oC, absorbsi uap air terus terjadi peningkatan sampai akhir penyimpanan (26 hari), sedangkan pada kemasan dengan penambahan silika gel yang disimpan pada suhu 27 oC, penyerapan uap air terjadi peningkatan signifikan setelah hari penyimpanan ke-22. Hal ini dikarenakan kondisi silika gel telah mengalami kejenuhan dalam mengabsorb air pada hari ke-22 sehingga air yang terdapat dalam kemasan diabsorbsi oleh kemasan bioplastik sampai akhir penyimpanan (28 hari). Penambahan silika gel sebanyak 7 g untuk 500 g buah tomat atau 1.3% dari bobot tomat yang dikemas dalam kemasan bioplastik belum optimum. Silika gel mengalami kejenuhan (Gambar 7) sebelum akhir penyimpanan (30 hari) yaitu hari ke-22 pada suhu 27 oC dan hari ke-24 pada suhu 10 oC. Hal ini terkait dengan dimensi kemasan, besar kecilnya dimensi kemasan akan berpengaruh pada komposisi gas dalam kemasan. Banyaknya kandungan O2, CO2 dan H2O dalam kemasan akan berpengaruh terhadap kemampuan absorbsi silika gel dalam menyerap H2O dan gas-gas lainnya.
20
lingkungan luar. Hal ini menyebabkan kondensasi dalam kemasan yang membuat kemasan semakin banyak mengabsorbsi uap air.
Dalam penelitian ini diketahui ruang penyimpanan bersuhu 10 oC memiliki RH 80±5%, sedangkan RH pada suhu 27 oC sebesar 55±8%. Kondisi penyimpanan pada suhu yang lebih rendah dengan RH yang tinggi pada penelitian ini menyebabkan penurunan sifat mekanik kemasan lebih besar, hal ini sesuai dengan hasil penelitian Srinivasa et al. (2007) menyatakan kondisi suhu rendah dan kelembaban yang tinggi selama penyimpanan saat penggunaan bioplastik akan berpengaruh terhadap penurunan karakteristik sifat mekanik kemasan. Menurut Yam (2007), uap air yang terabsorbsi ke dalam polimer dan berinteraksi dengan ikatan polar kemasan dapat menggembungkan struktur polimer yang menyebabkan pecahnya granula pati penyusun matriks bioplastik. Derajat polimerisasi pati yang pada awalnya besar akan berubah berukuran kecil yang menyebabkan penurunan terhadap kuat tarik polimer. Hasil analisis sidik ragam (Lampiran 3) memperlihatkan penambahan silika gel, suhu penyimpaan dan kombinasi antar penambahan silika gel dengan suhu penyimpanan berpengaruh nyata terhadap nilai absorbsi H2O oleh bioplastik. Artinya perlakuan dengan penambahan silika gel pada kemasan bioplastik mampu menurunkan tingkat absorbsi H2O oleh bioplastik baik pada suhu 10 oC maupun pada suhu 27 oC dibandingkan tanpa silika gel, sehingga dapat mempertahankan sifat mekanik kemasan lebih baik.
Kuat tarik dan elongasi bioplastik
Kemasan plastik harus memiliki kekuatan tarik maupun perpanjangan putus (elongasi) yang baik karena hal ini akan berpengaruh pada kekuatan terhadap kontak fisik dengan benda lain dan kekuatan terhadap menahan beban dari produk selama dikemas sehingga plastik tidak mudah sobek dan lebih tahan lama. Kuat tarik bioplastik selama penyimpanan diperlihatkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap kuat tarik kemasan bioplastik selama penyimpanan buah tomat
Gambar 9 memperlihatkan kuat tarik bioplastik pada semua perlakuan mengalami penurunan selama penyimpanan. Salah satu faktor penyebab penurunan
21 kuat tarik bioplastik ini adalah adanya akumulasi kandungan uap air dalam kemasan selama penyimpanan. Akumulasi uap air dalam kemasan terkait dengan karakteristik hidrofilik dari pati tapioka yang ditandai adanya gugus hidroksil. Jumlah gugus hidroksil meningkat dengan semakin tingginya kadar pati pada matriks polimer yang menyebabkan absorbsi H2O semakin besar. Selain itu, ikatan adhesi yang lemah pada polimer bioplastik akibat adanya pati tapioka menyebabkan keretakan dan terbentuknya rongga udara antara pati dan matriks polimer sintetis sehingga meningkatkan penetrasi dan absorbsi H2O yang tinggi melalui rongga yang terbentuk (Obasi dan Igwe 2014). Menurut Waryat (2013) rendahnya gaya adhesi pada kemasan bioplastik disebabkan adanya perbedaan polaritas diantara kedua polimer yaitu pati dengan polimer sintetis. Menurut Briassoulis (2004) perubahan nilai kuat tarik kemasan bioplastik berhubungan dengan perubahan kimia pada kemasan tersebut (terbentuknya gugus karbonil).
Penurunan kuat tarik pada suhu 10 oC lebih besar dibandingkan pada suhu 27 oC, meskipun laju respirasi pada suhu 27 oC lebih tinggi dari pada suhu 10 oC. Hal ini dikarenakan penyimpanan pada suhu rendah (10 oC) dapat mengakibatkan aging pada bioplastik lebih cepat terjadi karena proses retrogradasi atau pecahnya granula pati akibat pembengkakan yang menyebabkan penurunan kuat tarik pada kemasan bioplastik semakin besar (Srinivasa et al 2007). Selain itu adanya campuran pati pada matriks polimernya menyebabkan kekuatan ikatan antar polimer menjadi lemah. Hal ini dikarenakan adanya amilopektin sebagai komponen penyusun pat i yang memiliki struktur bercabang dan tidak teratur sehingga bersifat amorf (Waryat 2013). Hal tersebut juga dikemukakan oleh Alves et al. (2007) amilopektin cenderung menurunkan sifat mekanik (kekuatan tarik) kemasan bioplastik.
Menurut Gaspar et al. (2005) penyimpanan bioplastik pada suhu rendah akan menurunkan sifat mekanik bioplastik karena penyerapan uap air dan retrogradasi. Hasil penelitian Iflah (2013) melaporkan bahwa penyimpanan bioplastik pada suhu rendah juga dapat menurunkan performa dari bioplastik dalam melindungi produk yang dikemasnya. Hasil analisis sidik ragam (Lampiran 3) memperlihatkan hanya perlakuan suhu yang berpengaruh nyata terhadap kuat tarik kemasan sedangkan penambahan silika gel dan kombinasi antar penambahan silika gel dengan suhu penyimpanan tidak berpengaruh nyata terhadap nilai kuat tarik bioplastik. Ini menandakan perlakuan dengan penambahan silika gel pada kemasan bioplastik belum mencukupi untuk mempertahankan kuat tarik baik pada suhu 10 oC maupun pada suhu 27 oC. Gambar 9 memperlihatkan bahwa penambahan silika gel meskipun tidak berbeda nyata akan tetapi adanya silika gel dapat mempertahankan kuat tarik dari bioplastik yang ditunjukkan dengan penyimpanan bioplastik menggunakan silika gel selalu memiliki nilai kuat tarik yang lebih tinggi di setiap suhu penyimpanan. Adanya silika gel dalam kemasan mengurangi interaksi antara kemasan dengan uap air karena telah diserap oleh silika gel.
22
Persen elongasi dari bioplastik mengalami peningkatan selama penyimpanan (Gambar 10).
Gambar 10 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap elongasi kemasan bioplastik selama penyimpanan buah tomat
Nilai elongasi yang cenderung mengalami peningkatan selama penyimpanan baik pada kemasan dengan penambahan silika gel maupun tanpa. Peningkatan ini disebabkan adanya pati pada matriks polimer/matriks polietilen menyebabkan bioplastik semakin elastis sehingga pada saat diberikan gaya tarik, bioplastik semakin mulur sebelum akhirnya putus. Jika kemasan dikenakan gaya tarik akan mengalami deformasi elastis dan saat gaya tarik dilepaskan maka kemasan akan kembali pada bentuk semula. Jika gaya tarik yang bekerja melewati daerah deformasi elastis (modulus young) maka kemasan akan akan mengalami deformasi plastis yang tidak akan kembali ke bentuk semula meskipun gaya tarik dilepaskan (Sudia dan Saito 1985). Hal ini jika diberikan beban berlebih akan terjadi regangan yang menyebabkan lendutan-lendutan pada permukaan kemasan bioplastik.
Saat terjadi deformasi plastis terjadi penurunan tegangan tarik sehingga menyebabkan nilai kuat tarik kemasan mengalami penurunan dan nilai elongasi menjadi besar. Pada kondisi ini maka hubungan kuat tarik berbanding terbalik dengan nilai elongasi. Deformasi plastis ini menunjukkan telah terjadi kerusakan struktur film/kemasan akibat sebagian struktur kristalin berubah menjadi amorf yang disertai dengan penurunan kuat tarik dan peningkatan nilai elongasi kemasan (Sugiarto 2014). Perubahan nilai elongasi yang mengalami peningkatan menandakan bahwa bioplastik mempunyai sifat mekanik yang cukup baik dan bila diberikan beban/bobot bahan yang dikemas dalam jumlah tertentu tidak mudah mengalami deformasi plastis sehingga diharapkan dapat menjaga produk yang dikemas dengan baik selama penyimpangan.
Peningkatan nilai elongasi juga bisa disebabkan adanya compatibilizer yang memungkinkan fleksibelitas dan menurunkan kekakuan pada campuran polimer kemasan. Adanya compatibilizer menyebabkan perbedaan sifat campuran polimer antara pati dengan polimer sintetis menjadikan campuran lebih kompatibel dan
23 fleksibel (Waryat 2013). Hal tersebut juga dikemukakan oleh Shokri et al. (2005) menyatakan peningkatan nilai elongasi disebabkan karena penurunan kekakuan pada campuran polimer selama penyimpanan. Hasil analisis sidik ragam (Lampiran 3) memperlihatkan penambahan silika gel, suhu penyimpanan dan kombinasi antar penambahan silika gel dengan suhu penyimpanan tidak berpengaruh nyata terhadap nilai elongasi bioplastik.
Penurunan kuat tarik kemasan bioplastik berkorelasi dengan kemampuan bioplastik dalam mengabsorbsi air (Gambar 11).
Gambar 11 Perubahan kuat tarik bioplastik (MPa) terhadap absorbsi H2O oleh bioplastik (%) suhu penyimpanan 10 oC dan 27 oC dengan dan tanpa penambahan silika gel
Perubahan nilai kuat tarik kemasan bioplastik memiliki hubungan yang kuat terhadap banyaknya uap air yang diabsorbsi oleh kemasan tersebut selama penyimpanan. Hasil analisis korelasi menunjukkan kedua parameter memiliki korelasi negatif yang kuat. Hal ini ditunjukkan oleh nilai koefisien Pearson’s correlation untuk suhu 10 oC sebesar -0.913 dan -0.813 pada kemasan tomat tanpa penambahan dan dengan penambahan silika gel dan untuk suhu 27 oC sebesar -0.680 dan -0.738 pada kemasan tomat tanpa penambahan dan dengan penambahan silika gel. Korelasi negatif menunjukkan hubungan berbanding terbalik antara perubahan kuat tarik kemasan terhadap banyaknya uap air yang diabsorbsi oleh kemasan tersebut.
24
Pengaruh Penggunaan Silika Gel terhadap Perubahan Sifat Fisiologi dan Fisiko-kimia Tomat selama Penyimpanan
Laju Respirasi
Laju respirasi dapat dinyatakan salah satunya dalam laju produksi karbon dioksida (CO2). Dalam proses respirasi, produk hortikultura memerlukan oksigen untuk memecah bahan-bahan organik dan menghasilkan karbon dioksida, uap air dan panas. Semakin banyak oksigen yang diperlukan untuk respirasi maka CO2 yang dihasilkan dari proses respirasi ini juga akan meningkat begitu juga dengan uap air dan panas. Untuk mengetahui kecepatan laju respirasi pada produk hortikultura ini biasanya digunakan perhitungan terhadap perubahan gas O2 atau CO2 pada interval waktu tertentu seperti diperlihatkan pada Gambar 12.
Gambar 12 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap laju respirasi tomat (ml/kg.jam) selama penyimpanan
Gambar 12 memperlihatkan pola perubahan laju respirasi yang sama antara tomat dalam kemasan bioplastik dengan penambahan silika gel tanpa penambahan silika gel baik yang disimpan pada suhu rendah maupun yang disimpan di suhu ruang, pada awalnya mengalami penurunan produksi CO2 hingga memasuki fase klimakteriknya yang ditandai dengan adanya peningkatan produksiCO2 sebelum akhirnya kembali mengalami penurunan pada hari berikutnya yang menandakan tomat memasuki awal dari fase senescence.
25 kemasan bioplastik ini terus mengalami penurunan setelah melewati fase klimakteriknya sampai akhir penyimpanan. Sampaio et al (2007) menyatakan pada saat memasuki fase pra-klimakterik buah-buahan golongan klimakterik mengalami laju respirasi yang rendah, kemudian mengalami peningkatan drastis sampai mencapai respirasi maksimum atau puncak klimakterik yang diikuti dengan penurunan laju respirasi yang ditandai sebagai fase senescence.
Analisis sidik ragam (Lampiran 4) menunjukkan tidak ada signifikansi untuk semua perlakuan artinya tidak ada pengaruh nyata antara suhu penyimpanan dengan penambahan silika gel dalam kemasan bioplastik terhadap laju respirasi tomat (P<0.05). Hal ini dapat dilihat dari besaran nilai produksi CO2 dan konsumsi O2 dalam kemasan tomat pada penyimpanan suhu yang sama dengan penambahan dan tanpa penambahan silika gel selisihnya tidak terlalu besar. Meskipun nilainya tidak terlalu berbeda akan tetapi tomat dalam kemasan bioplastik dengan penambahan silika gel laju produksi CO2 lebih sedikit daripada yang tanpa penambahan silika gel. Ini menandakan ketersedian O2 di dalam kemasan lebih sedikit dimana silika gel selain dapat mengikat uap air juga dapat mengikat gas-gas lain yang ada dalam kemasan namun tidak dapat mengoksidasinya. Sehingga gas-gas yang menempel pada permukaan silika gel pada titik kritis dan kondisi tertentu seperti suhu tinggi dapat terlepas kembali. Brody et al. (2001) menyatakan bahwa silika gel dapat menyerap gas-gas seperti etilen, karbon dioksida dan oksigen tetapi tidak dapat mengoksidasinya.
Adanya perbedaan puncak klimakterik pada tomat dalam kemasan bioplastik lebih dipengaruhi oleh perbedaan suhu penyimpanan. Suhu berpengaruh pada cepat atau tidaknya laju respirasi karena pada suhu tinggi dapat menyebabkan proses pemecahan komponen komplek berlangsung lebih cepat. Setiap peningkatan suhu 10 oC maka laju respirasi meningkat 2 kali lipat. Perbedaan puncak klimakterik yang hanya berselang dua hari diduga karena tomat yang disimpan pada suhu rendah lebih dominan dengan tingkat turning 30% sedangkan tomat yang disimpan pada suhu ruang lebih banyak didominasi oleh tomat turning 10%.
26
Susut bobot
Berat buah merupakan salah satu parameter mutu yang berpengaruh terhadap aspek ekonomi. Susut bobot mengindikasikan adanya penurunan mutu buah. Perubahan susut bobot tomat selama penyimpanan disajikan pada Gambar 13 sedangkan korelasi antara nilai absorbsi oleh silika gel dan bioplastik terhadap susut bobot ditampilkan dalam Gambar 14.
Gambar 13 Pengaruh suhu dan penambahan silika gel terhadap susut bobot tomat (%) selama penyimpanan
Gambar 13 terlihat bahwa susut bobot mengalami peningkatan selama penyimpanan baik di suhu 10 oC maupun di suhu 27 oC. Berdasarkan hasil analisis sidik ragam (Lampiran 4) tidak adanya interaksi antara suhu dan penambahan silika gel terhadap peningkatan susut bobot (P<0.05) dan penambahan silika gel dalam kemasan bioplastik tidak berpengaruh nyata terhadap peningkatan susut bobot tomat (P<0.05), tetapi perlakuan suhu berpengaruh nyata terhadap peningkatan susut bobot tomat (P<0.05). Hal ini dikarenakan perbedaan suhu penyimpanan dapat mempengaruhi metabolisme yang terjadi dalam jaringan tomat. Valadez et al. (2015) menyatakan susut bobot tomat yang disimpan pada suhu 10 oC lebih rendah dibandingkan dengan tomat yang disimpan pada suhu 20 oC setelah 15 hari penyimpanan. Nunes (2008) menyatakan persentase peningkatan susut bobot tomat yang disimpan pada suhu 20 oC (2.5%) lebih tinggi daripada suhu penyimpanan 15 oC (2%).
27
Gambar 14 Pengaruh absorbsi H2O oleh bioplastik dan silikagel terhadap susut bobot tomat (%) pada suhu 10 oC dan suhu 27 oC
Keberadaan silika gel menyebabkan penyerapan H2O oleh bioplastik lebih rendah namun nilai susut bobot bahannya lebih tinggi (Gambar 14). Hal ini disebabkan silika gel memiliki kemampuan absorbsi yang ikut menyerap uap air dari bahan terkemas. Tanpa adanya silika gel bioplastik menjadi satu-satunya bahan yang menyerap H2O sehingga proporsi penyerapannya meningkat meskipun jumlah H2O yang terserap tidak sebanyak apabila dikombinasikan dengan silika gel. Kandungan uap air tomat yang terserap tidak akan mempengaruhi kualitas tomat dalam kemasan bioplatik. Hal ini dikarenakan kandungan uap air yang terserap hanya 0.1% pada setiap suhu penyimpanan. Menurut Brody et al. (2001) penggunaan silika gel dalam kemasan dapat mengurangi kondensasi air tanpa menyebabkan kekeringan pada produk yang dikemas. Monolopoulou et al. (2010) menyatakan batas penerimaan konsumen terhadap penurunan bobot produk hortikultura adalah 5% dari berat awalnya.
Persamaan yang terdapat pada Tabel 3 adalah persamaan linear yang dapat digunakan untuk memprediksi susut bobot tomat dalam kemasan bioplastik jika diketahui nilai absorbsi H2O oleh bioplastik dan silika gel.
Tabel 3 Korelasi susut bobot dengan absorbsi H2O oleh bioplastik dan silika gel
Perlakuan Suhu Persamaan Korelasi
