Deteriorasi Benih Kedelai (Glycine max (L ) Merrill) dan Pendugaannya

(1)

DETERIORASI BENIH KEDELAI (Glycine max (L.) Merrill)

DAN PENDUGAANNYA

IRMA NOVIANA

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Deteriorasi Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merril) dan Pendugaannya 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.

(4)

(5)

RINGKASAN

IRMA NOVIANA. Deteriorasi Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) dan Penduga- annya. Dibimbing oleh ABDUL QADIR dan FAIZA C SUWARNO.

Deteriorasi benih terjadi selama periode simpan baik dalam penyimpanan terbuka (open storage) maupun kondisi terkontrol (control storage). Faktor suhu dan kelembaban sangat berperan terhadap kecepatan kemunduran benih selama penyimpanan. Beberapa perubahan biokimia yang mempengaruhi kualitas dan viabilitas benih terjadi dalam benih kedelai selama periode penyimpanan. Komposisi kimia pada setiap varietas kedelai berbeda-beda sehingga akan memberikan perubahan perilaku benih yang berbeda. Perubahan perilaku benih melalui karakteristik fisiologis dan biokimia mampu menunjukkan tingkat viabilitas dan vigor benih selama periode deteriorasi benih. Pendugaan deteriorasi benih sejak dini melalui perilaku perubahan senyawa kimia benih diperlukan untuk mengetahui mutu dan menentukan masa kadaluarsa benih sebelum benih didistribusikan dan ditanam di lapangan. Penelitian bertujuan untuk menjelaskan perilaku senyawa kimia benih kedelai selama proses deteriorasi pada penyimpanan dalam kondisi terkontrol dan menyusun model pendugaan deteriorasi benih kedelai selama penyimpanan dalam kondisi terkontrol.

Penelitian terdiri atas dua percobaan, yaitu 1) penyimpanan benih kedelai pada kondisi terkontrol, dan 2) penyusunan model pendugaan deteriorasi benih kedelai pada penyimpanan terkontrol. Percobaan penyimpanan benih kedelai pada kondisi terkontrol dilaksanakan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) terdiri dari 8 taraf faktor varietas yang tersarang pada periode simpan. Varietas yang digunakan adalah Kaba, Grobogan, Gepak Kuning, Dering 1, Gema, Detam 1, Detam 2, dan Mallika. Benih di kemas sebanyak 1 kg dalam kemasan plastik PP 0.8 mm pada kadar air optimum yaitu 9-11%. Benih disimpan pada kondisi suhu dan RH terkontrol (19-22 °C dan 64%-67%) selama 6 bulan. Peubah yang diamati adalah: kadar air (KA), kandungan protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, daya hantar listrik (DHL), dan vigor daya simpan (VDSDB). Perilaku peubah selama penyimpanan diperoleh melalui analisis regresi

non linier. Hasil percobaan menunjukkan bahwa selama periode simpan 24 minggu kadar air benih cenderung konstan, bilangan peroksida, asam lemak bebas, dan daya hantar listrik meningkat, sedangkan kandungan protein dan VDSDB benih menurun. Pola

perilaku semua peubah mengikuti persamaan eksponensial y = a + b expcx, konstanta a, b, dan c memiliki nilai berbeda untuk setiap varietas.

Penyusunan model pendugaan deteriorasi benih dilakukan melalui tahapan penyusunan diagram alir (flow chart), penentuan hubungan kuantitatif antar komponen dalam sistem, membuat Model Construction Layer-Stella (MCL-S), simulasi dan validasi model. Simulasi model dilakukan untuk mengetahui tingkat ketepatan (logik) model yang telah disusun, sehingga dapat ditentukan validitas model tersebut. Input simulasi yang digunakan pada model deteriorasi benih kedelai meliputi ukuran benih yang diwakili oleh jari-jari benih, KA awal simpan, vigor awal simpan, dan nilai konstanta untuk kandungan protein dan lipid benih. Simulasi dilakukan dengan menggunakan Interface Layer (IL) pada software Stella. Hasil simulasi terhadap output KA, protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, DHL dan vigor daya simpan (VDSDB) menunjukkan hasil yang logik.

(6)

dan analisis statistik terhadap peubah KA, protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, DHL dan VDSDB menunjukkan adanya kesesuaian antara hasil simulasi dengan

hasil aktual, sehingga model deteriorasi benih kedelai dapat menduga secara logik dan layak peubah KA, protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, DHL dan VDSDB

pada 6 varietas benih kedelai. Model pendugaan deteriorasi benih kedelai yang disusun dengan input kadar air, ukuran benih, vigor awal, kandungan protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, RH, dan suhu dapat menduga secara logik vigor daya simpan 6 varietas benih kedelai kuning dan hitam setelah penyimpanan kondisi terkontrol selama 24 minggu.

(7)

SUMMARY

IRMA NOVIANA. Deterioration of Soybean Seed (Glycine max (L.) Merr) and it’s Prediction. Supervised by ABDUL QADIR and FAIZA C SUWARNO.

Seed deterioration occurs during storage period both in open storage (open storage) or controlled conditions (control storage). Temperature and humidity contribute to the deterioration rate of seed during storage. Biochemical changes affect the quality and viability of seeds occurred in the soybean seed during storage period. The chemical composition at each different soybean varieties will give a different seed behavior change. Behavior changes of seeds through physiological and biochemical characteristics were able to show the level of viability and vigor of seeds during deterioration period. Prediction of seed deterioration through chemical changes necessary to know the quality of the seed and determine the shelf life of seeds before the seeds are distributed and planted in the field. The aims of study is to explain the behavior of chemical compounds during soybean seed deterioration in storage under controlled conditions and create a model for prediction of soybean seed deterioration during storage under controlled conditions .

The study consisted of two experiments: (1) soybean seed storage in controlled conditions , and (2) the preparation of soybean seed deterioration prediction model at controlled storage. Soybean seed storage experiments in controlled conditions carried out using a completely randomized design (CRD) consists of 8 varieties nested on storage period. The varieties used are Kaba, Grobogan, Gepak Kuning, Dering 1, Gema, Detam 1, Detam 2, and Mallika. Seed packed in plastic polypropilene 0.8 mm at optimum moisture content (MC) (9-11 %). Seeds stored at controlled conditions of temperature and relative humidity (19-22 °C and 64%-67%) for 6 months.The variables analyzed were: MC, the protein content, peroxide value, free fatty acids, electrical conductivity (EC), and the vigor storability. Behavioral variables during storage obtained through non-linear regression analysis. The results showed that after the 24-week storage period seed MC is relatively constant, peroxide value, free fatty acids, and the EC increases, whereas the protein content and vigor storability decline. Patterns of behavior of all variables follow an exponential equation y = a + b expcx which a, b, and c is a constant that has a different value for each variety.

Prediction model of seed deterioration is done through several stages of a flow diagram (flow chart), the determination of the quantitative relationship between components in the system, making the Model Construction Layer-Stella (MCL-S), simulation and model validation. Model simulations conducted to determine the level of accuracy (logical) model that has been developed, so that it can be determined the validity of the model. Input simulation models used in soybean seed deterioration include the size of the seed which is represented by the radius of the seeds, initial moisture content, save early vigor and constant values for protein and lipid seeds. Simulations using Interface Layer (IL) at the Stella software. The simulation results of the output MC, protein, peroxide value, free fatty acids, EC and vigor storability shows the logical outcome.

(8)

results, so that the model deterioration of soybean seed can expect logical and feasible variables of MC, protein, peroxide value, free fatty acids, EC and storability vigor on 8 varieties of soybean seed. Prediction model of seed deterioration are arranged with MC, protein, peroxide value, free fatty acids, relative humidity, and temperature inputs can be predict logical vigor storability of 6 soybean seed varieties after storage under controlled conditions for 24 weeks.

(9)

© 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

(10)

(11)

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains

pada

Program Studi Ilmu dan Teknologi Benih

DETERIORASI BENIH KEDELAI (Glycine max (L.) Merrill)

DAN PENDUGAANNYA

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2016

(12)

(13)

(14)

(15)

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 Agustus 2014 ini ialah deteriorasi benih, dengan judul Deteriorasi Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) dan Pendugaannya.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Abdul Qadir dan Ibu Dr Ir Faiza C Suwarno selaku pembimbing yang telah banyak memberi arahan, masukan, dan bimbingan pada penyusunan Tesis ini. Penghargaan dan terima kasih penulis ucapkan kepada Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kementerian Pertanian, Program Kerja Sama Kemitraan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Nasional (KKP3N) Tahun 2014, serta Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM-IPB) atas bantuan dana penelitian yang telah diberikan. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada bapak, ibu, kakak serta seluruh keluarga atas segala do’a dan kasih sayangnya dan rekan-rekan Ilmu dan Teknologi Benih 2013 atas bantuan dan semangatnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

(16)

(17)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

1 PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

2 TINJAUAN PUSTAKA 3

3 METODE 8

Waktu dan Tempat 8

Bahan 8

Prosedur 8

4 HASIL DAN PEMBAHASAN 13

Perilaku Benih Kedelai Selama Deteriorasi Pada Penyimpanan

Kondisi Terkontrol 13

Perubahan Kadar Air Dan Kandungan Senyawa Kimia (Protein,

Asam Lemak Bebas, Bilangan Peroksida, Daya Hantar Listrik)

Pada Tingkat Vigor Daya Simpan 28

Penyusunan Model Pendugaan Deteriorasi Benih Kedelai 37

5 SIMPULAN DAN SARAN 53

Simpulan 53

Saran 53

DAFTAR PUSTAKA 54

LAMPIRAN 57

(18)

DAFTAR TABEL

1 Klasifikasi derajat oksidasi minyak kedelai berdasarkan nilai indeks

peroksida 6

2 Hasil analisis regresi kadar air benih kedelai pada penyimpanan terkontrol

selama 24 minggu 14

3 Hasil analisis regresi bilangan peroksida benih kedelai pada penyimpanan

terkontrol selama 24 minggu 17

4 Hasil analisis regresi kandungan protein benih kedelai pada penyimpanan

5 Hasil analisis regresi kandungan asam lemak bebas benih kedelai pada

penyimpanan terkontrol selama 24 minggu 23

6 Hasil analisis regresi daya hantar listrik benih kedelai pada penyimpanan

7 Nilai jari-jari benih (ra, rb) delapan varietas kedelai 39 8 Hubungan kuantitatif antar komponen berdasarkan hasil percobaan

penyimpanan benih secara terkontrol 40

9 Input simulasi model deteriorasi varietas benih kedelai selama

penyimpanan terkontrol 45

10 Hasil simulasi vigor daya simpan 8 varietas benih kedelai selama

penyimpanan 24 minggu 49

11 Hasil analisis khi kuadrat peubah kadar air, kandungan biokimia, dan daya hantar listrik 8 varietas benih kedelai hasil simulasi dan aktual 53

DAFTAR GAMBAR

1 Skema dugaan perubahan di dalam benih selama periode deteriorasi (Delouche and Baskin dalam Copeland and McDonald 2001). 3 2 Skema ragam penyebab hilangnya viabilitas benih selama penyimpanan

(Osborne dalam Bewley and Black 1994). 5

3 Diagram alir kegiatan penelitian 9

4 Kadar air delapan varietas kedelai hasil simulasi dan aktual 15 5 Perilaku kadar air benih kedelai selama penyimpanan terkontrol 16 6 Bilangan peroksida delapan varietas kedelai hasil simulasi dan aktual 18 7 Perilaku bilangan peroksida benih kedelai selama penyimpanan terkontrol 19 8 Kandungan protein delapan varietas kedelai hasil simulasi dan aktual 21 9 Perilaku kandungan protein benih kedelai selama penyimpanan terkontrol 22 10 Asam lemak bebas delapan varietas kedelai hasil simulasi dan aktual 24 11 Perilaku kandungan asam lemak bebas benih kedelai selama penyimpanan

terkontrol 25

12 Daya hantar listrik delapan varietas kedelai hasil simulasi dan aktual 27 13 Perilaku kandungan daya hantar listrik benih kedelai selama penyimpanan

terkontrol 28

14 Kurva hubungan vigor daya simpan benih kedelai selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas, dan

(19)

bilangan peroksida pada varietas Grobogan 30

bilangan peroksida pada varietas Dering 1 31

17 Kurva hubungan vigor daya simpan benih kedelai selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas dan

bilangan peroksida pada varietas Gema 32

bilangan peroksida pada varietas Gepak Kuning 33

bilangan peroksida pada varietas Detam 1 34

bilangan peroksida pada varietas Detam 2 35

bilangan peroksida pada varietas Mallika 36

22 Diagram alir deteriorasi benih kedelai pada penyimpanan kondisi terkontrol 37 23 MCL deteriorasi benih kedelai pada penyimpanan terkontrol 41 24 Hasil simulasi kadar air 8 varietas benih kedelai 46 25 Hasil simulasi protein 8 varietas benih kedelai 46 26 Hasil simulasi asam lemak bebas 8 varietas benih kedelai 47 27 Hasil simulasi bilangan peroksida 8 varietas benih kedelai 47 28 Hasil simulasi daya hantar listrik 8 varietas benih kedelai 48 29 Hasil simulasi vigor daya simpan delapan varietas benih kedelai 48 30 Validasi model pendugaan bilangan peroksida 8 varietas benih kedelai

selam penyimpanan 24 minggu 50

31 Validasi model pendugaan kandungan protein 8 varietas benih kedelai

selam penyimpanan 24 minggu 51

32 Validasi model pendugaan vigor daya simpan 8 varietas benih kedelai

selama penyimpana 24 mingggu 52

DAFTAR LAMPIRAN

1 Deskripsi Kedelai Varietas Kaba 57

2 Deskripsi Kedelai Varietas Grobogan 58

3 Deskripsi Kedelai Varietas Gepak Kuning 59

4 Deskripsi Kedelai Varietas Detam 1 60

5 Deskripsi Kedelai Varietas Detam 2 61

6 Deskripsi Kedelai Varietas Mallika 62

7 Deskripsi Kedelai Varietas Dering 1 63

(20)

(21)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kedelai merupakan salah satu komoditas palawija yang penting untuk memenuhi kebutuhan pangan penduduk Indonesia. Permintaan kedelai menunjukkan kenaikan yang cukup besar seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan pendapatan masyarakat. Kebutuhan kedelai belum dapat dipenuhi dengan produksi kedelai dalam negeri, sehingga masih diperlukan impor (Manurung 2002). Data Badan Pusat Statistik menunjukkan bahwa produksi kedelai pada tahun 2013 sebesar 779 992 ton biji kering atau mengalami penurunan sebesar 63 161 ton (7.49 %) dibandingkan tahun 2012 sebesar 843 153 ton (BPS 2014).

Peningkatan produksi kedelai salah satunya dapat dilakukan melalui penyediaan mutu benih yang baik. Permasalahan yang dihadapi dalam penyediaan benih kedelai bermutu yaitu daya simpan benih kedelai yang pendek terutama dalam kondisi terbuka (open storage).

Deteriorasi/kemunduran benih terjadi selama periode simpan baik dalam penyimpanan terbuka maupun kondisi terkontrol (control storage). Deteriorasi benih dipengaruhi oleh banyak faktor, baik internal maupun eksternal (Copeland dan McDonald 2001). Faktor internal yang berpengaruh pada kemunduran benih adalah viabilitas awal benih, kadar air benih dan faktor genetik (seperti varietas, ukuran benih, permeabilitas testa, komposisi kimia benih), sedangkan faktor- eksternal meliputi lingkungan fisik (suhu, kelembaban nisbi udara, atmosfer) maupun biotik (virus, cendawan, bakteri dan hama) (Justice dan Bass 2002). Kartono (2004) menyatakan bahwa permasalahan benih kedelai adalah penurunan mutu sebesar 75% dalam waktu kurang dari tiga bulan dalam penyimpanan terbuka. Faktor suhu dan kelembaban sangat berperan terhadap kecepatan kemunduran benih selama penyimpanan. Menurut Purwanti (2004) benih kedelai yang disimpan pada kondisi penyimpanan pada suhu 20 oC dengan kadar air 9% mampu mempertahankan kualitas benih tetap tinggi selama 6 bulan penyimpanan. Penelitian lain mengatakan bahwa benih kedelai yang disimpan pada suhu 15-25

o

C dengan kadar air 6-12% mampu mempertahankan viabilitasnya >70% selama 120 hari (Yaja et al. 2015).

Selama penyimpanan dalam kondisi terkontrol pengaruh faktor lingkungan dapat dikendalikan, maka deteriorasi benih lebih didominasi oleh adanya perubahan pada biokimia benih. Beberapa perubahan biokimia mempengaruhi kualitas dan viabilitas benih terjadi dalam benih kedelai selama periode penyimpanan (Tatic 2007; Justice dan Bass 2001).

(22)

benih kedelai selama periode simpan benih. Rusaknya integritas membran sel mengakibatkan keluarnya senyawa dari dalam benih, yang diamati berdasarkan daya hantar listrik dan konsentrasi senyawa metabolit (gula, asam amino, asam lemak, enzim, ion-ion inorganik seperti K+, Na+, Ca++, Mg++) (Vieira et al. 2008; Panobianco dan Vieira 2007). Pada akhirnya proses deteriorasi benih tersebut akan menyebabkan menurunnya viabilitas benih.

Proses deteriorasi benih bersifat kompleks melibatkan proses fisiologis dan biokimiawi yang terjadi dalam benih. Perubahan perilaku benih melalui karakteristik fisiologis dan biokimia mampu menunjukkan tingkat viabilitas dan vigor benih selama periode deteriorasi benih. Indikator perubahan perilaku senyawa kimia benih dapat dijadikan sebagai parameter penduga deteriorasi benih selama penyimpanan terkontrol. Selama ini informasi mengenai mutu benih diperoleh melalui hasil uji fisiologis sebelum benih disimpan dan saat benih akan digunakan. Pendugaan deteriorasi benih sejak dini melalui perilaku perubahan senyawa kimia benih diperlukan untuk mengetahui mutu dan menentukan masa kadaluarsa benih sebelum benih didistribusikan dan ditanam di lapangan.

Perumusan Masalah

Perubahan biokimia benih terjadi selama proses deteriorasi. Kecepatan deteriorasi benih selama periode simpan dipengaruhi oleh faktor genetik diantaranya adalah komposisi kimia yang terkandung di dalam benih terutama protein, lipid, dan karbohidrat. Perubahan pada komposisi kimia benih dapat dijadikan sebagai indikasi deteriorasi benih lebih awal dibandingkan dengan pengujian viabilitas benih. Perilaku biokimia benih selama deteriorasi dapat digunakan untuk mengetahui tingkat deteriorasi melalui model pendugaan deteriorasi benih sehingga mutu benih selama penyimpanan dapat diduga lebih awal.

Berdasarkan uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Apakah varietas kedelai dengan komposisi kimia berbeda-beda akan

memberikan perilaku biokimia benih yang berbeda selama proses deteriorasi. 2. Apakah perilaku biokimia benih kedelai selama deteriorasi dapat dijadikan

sebagai penduga deteriorasi benih kedelai selama penyimpanan terkontrol.

Tujuan Penelitian

Menjelaskan perilaku biokimia kimia benih kedelai selama proses deteriorasi pada penyimpanan dalam kondisi terkontrol dan menyusun model pendugaan deteriorasi benih kedelai selama penyimpanan dalam kondisi terkontrol

Manfaat Penelitian

(23)

TINJAUAN PUSTAKA

Deteriorasi Benih

Proses deteriorasi benih merupakan proses yang kompleks. Perubahan fisiologis dan biokimia terjadi pada saat deteriorasi benih. Pengujian vigor digunakan untuk mengidentifikasi satu atau lebih parameter kuantitatif yang umum terjadi pada proses deteriorasi benih (Copeland dan McDonald 2001). Model hipotesis perubahan benih selama deteriorasi telah dikembangkan oleh Delouche and Baskin dengan beberapa parameter utama yang digunakan untuk mengukur vigor benih (Gambar 1).

Gambar 1 Skema dugaan perubahan di dalam benih selama periode deteriorasi (Delouche and Baskin dalam Copeland dan McDonald 2001).

(24)

Perubahan Fisiologis benih

Selama penyimpanan benih akan mengalami perubahan fisiologis. Perubahan terjadi pada persentase daya berkecambah dan vigor benih. Perubahan persentase daya berkecambah benih selama periode penyimpanan sangat dipengaruhi oleh jenis dan varietas benih. Daya berkecambah benih bunga matahari (Shakuntala 2009) menurun cepat dengan semakin lamanya periode simpan, sedangkan pada wortel, mentimun, bawang, dan tomat (Alsadon et al. 2011) penurunan daya berkecambah terjadi setelah disimpan 12 bulan. Pada benih kedelai varietas Anjasmoro mengalami penurunan daya berkecambah paling cepat hingga 80% yaitu pada minggu ketujuh, sedangkan varietas Detam-1 dan Wilis penurunan daya berkecambah terjadi setelah disimpan 10 minggu, serta Tanggamus setelah 12 minggu disimpan (Hasbianto 2012).

Perubahan Biokimia Benih

Berbagai ragam penyebab menurunnya viabilitas benih selama penyimpanan dijelaskan pada Gambar 2. Pada Gambar 2 menunjukkan bahwa berbagai perubahan terjadi di dalam benih dan sulit untuk menyimpulkan mana perubahan yang pertama kali terjadi atau yang paling utama menyebabkan menurunnya viabilitas benih (Bewley dan Black 1994). Perubahan terjadi baik di tingkat sel maupun di tingkat DNA. Perubahan biokimia benih menyebabkan berbagai kerusakan diantaranya kerusakan akibat radikal bebas, menurunnya integritas membran sel, menurunnya aktivitas enzim, serta kegagalan dalam sintesa RNA dan protein menyebabkan menurunnya viabilitas benih (Bewley dan Black 1994).

Unsur biokimia benih merupakan faktor penting yang mempengaruhi kekuatan fisiologis benih. Selama penyimpanan, karakteristik biokimia seperti kandungan karbohidrat, protein, dan lipid menurun, sedangkan asam amino bebas, asam lemak bebas, dan daya hantar listrik meningkat. Perubahan biokimia dalam benih kedelai mempengaruhi kualitas dan viabilitas benih selama periode penyimpanan (Tatic 2007).

Pengurangan komposisi cadangan makanan seperti kandungan karbohidrat dan protein tejadi saat deteriorasi benih (Verma et al. 2003). Kandungan karbohidrat terlarut umumnya mengalami penurunan selama penuaan benih (Sharma et al. 2007) yang berakibat pada berkurangnya substrat respirasi untuk perkecambahan. Kerusakan integritas membran diindikasikan akibat menurunnya kandungan sukrosa selama periode simpan benih (Sharma et al. 2007).

(25)

(26)

Autoksidasi lipid mungkin menjadi penyebab utama kerusakan benih pada kadar air kurang dari 6%. Pada kadar air lebih dari 14%, peroksidasi lipid dapat dirangsang oleh aktivitas enzim hidrolitik oksidatif seperti lipoxygenase yang menjadi lebih aktif dengan meningkatnya kadar air. Pada kadar air antara 6-14%, peroksidasi lipid pada kondisi minimum karena air cukup tersedia sebagai penyangga terhadap serangan radikal bebas yang teroksidasi, tapi air tidak cukup tersedia untuk mengaktifkan lipoxygenase (Shaban 2013).

Reaksi antara oksigen dan asam lemak tak jenuh menghasilkan hidroperoksida. Konsentrasi peroksida yang ditunjukkan oleh bilangan peroksida merupakan indikator untuk mengukur tingkat oksidasi dan ketengikan pada tahap awal. Bilangan peroksida (peroxide value) adalah angka yang mengukur konsentrasi suatu zat yang mengoksidasi kalium iodida (KI) menjadi iodine (I2). Klasifikasi derajat oksidasi pada minyak kedelai menurut O’Brien (2004)

disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1 Klasifikasi derajat oksidasi minyak kedelai berdasarkan nilai indeks peroksida

Nilai (IP meq.kg-1) Derajat oksidasi

<1 Segar

1< IP <5 Rendah

5< IP <10 Sedang

10< IP <20 Tinggi

>20 Rusak

Ket: IP = Indeks Peroksida

Sumber : O’Brien (2004)

Selama benih dalam periode simpan akan mengalami proses hidrolisis pada suhu tinggi atau oleh aktivitas enzim lipolitik yang dihasilkan oleh bakteri dan jamur (Alencar et al. 2010). Meningkatnya kandungan asam lemak bebas terjadi karena aktivitas enzim lipase dan fosfolipase di dalam benih atau dihasilkan oleh mikroflora yang berkontribusi memecahkan rantai ester dari tri-gliserida (Zadernowski et al. 1999). Persentase asam lemak bebas merupakan indikator penting dalam menentukan kualitas lipid (Alencar dan Faroni 2011). Peningkatan persentase asam lemak bebas berhubungan dengan kondisi ruang simpan dan kadar air (Alencar et al. 2010). Lebih lanjut dikatakan bahwa asam lemak bebas cenderung meningkat dengan meningkatnya kadar air dan suhu ruang simpan selama penyimpanan 180 hari.

(27)

Vieira 2007).

Kerusakan membran sel sangat dipengaruhi oleh kondisi suhu ruang simpan benih. Kebocoran ion K+, Na+, dan Ca2+ semakin meningkat dengan benih dan menahan atau menghentikan aktivitas biokimia dalam benih sehingga melindungi kebocoran ion mineral dan memperpanjang periode viabilitas benih (Sharma et al. 2011).

Daya hantar listrik dipengaruhi oleh ukuran benih. Ukuran benih mempengaruhi jumlah ion yang keluar dari membran yang rusak. Jumlah ion K+, Ca2+, dan Mg2+ pada benih kedelai ukuran kecil lebih rendah dibandingkan dengan benih ukuran lebih besar (Wain-Tassi et al. 2012). Nilai daya hantar listrik tidak hanya dipengaruhi oleh sejumlah ion yang keluar dalam larutan rendaman akibat kebocoran membran, namun juga dipengaruhi oleh metabolit lain yang keluar seperti asam amino, karbohidrat, asam lemak, asam organik, protein dan senyawa phenolic (Fessel et al. 2006; Vieira et al. 2008).

Pendugaan Deteriorasi Benih

Proses deteriorasi benih bersifat kompleks melibatkan proses fisiologis dan biokimiawi yang terjadi dalam benih. Deteriorasi benih dipengaruhi oleh banyak faktor, baik internal maupun eksternal (Copeland dan McDonald 2001). Faktor internal yang berpengaruh pada kemunduran benih adalah viabilitas awal benih, kadar air benih dan faktor genetik (seperti varietas, ukuran benih, permeabilitas testa, komposisi kimia benih), sedangkan faktor eksternal meliputi lingkungan fisik (suhu, kelembaban nisbi udara, atmosfer) maupun biotik (virus, cendawan, bakteri dan hama) (Copeland dan McDonald 2001).

Proses deteriorasi benih berhubungan dengan perubahan biokimia di dalam benih selama periode simpan. Deteriorasi benih merupakan suatu proses yang saling berinteraksi yang membentuk suatu sistem. Penyederhaan dari suatu sistem disebut model yang menjelaskan hanya sebagian proses ataupun komponen dari suatu sistem (Handoko 2005). Pemodelan sebagai penyederhanaan dari suatu sistem memerlukan adanya pembatasan, terutama terkait dengan faktor-faktor yang menjadi variabel dalam model yang dibentuk. Pembatasan tersebut diantaranya dilakukan dengan melakukan perumusan model yang akan dibangun berdasarkan model yang sudah ada atau merumuskan sendiri model setelah melalui percobaan, sehingga model prediktif bisa bersifat teoritis (dibangun berdasarkan teori keilmuan) atau empiris (hasil penelitian yang dikuantifikasi). Model yang saat ini banyak dikembangkan merupakan gabungan dari metode teoritis dan empiris, diantaranya adalah model pendugaan daya simpan benih (Hasbianto 2012).

(28)

digunakan sebagai sarana untuk menduga atau menetapkan masa kadaluwarsa benih dalam berbagai kondisi penyimpanan (Wahyuni 2014). Pendugaan terhadap proses tertentu dari sistem dapat dibangun melalui model prediktif menggunakan model-model numerik yang menggambarkan hubungan-hubungan dalam bentuk persamaan-persamaan matematik (Handoko 2005). Pendugaan deteriorasi benih dapat dilakukan melalui pendekatan hubungan regresi non-linier antara periode simpan dengan perilaku biokimiawi benih. Hal ini sejalan dengan Julianti et al. (2003) bahwa hubungan antara periode simpan dan viabilitas tidak dapat didekati dengan persamaan linier karena penurunan viabilitas akan menunjukkan hubungan sigmoidal dengan lama simpan.

METODE

Waktu dan Tempat

Penelitian dilaksanakan melalui kegiatan penyimpanan benih secara terkontrol serta pengujian benih di laboratorium pada bulan Agustus 2014 hingga Januari 2015. Penyimpanan benih secara terkontrol dilakukan di Laboratorium Benih Leuwikopo Departemen Agronomi dan Hortikultura, Institut Pertanian Bogor. Pengujian fisiologis benih dilaksanakan di Laboratorium Penyimpanan dan Pengujian Mutu Benih Departemen Agronomi dan Hortikultura, Institut Pertanian Bogor, sedangkan pengujian biokimia benih dilakukan di Laboratorium Pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan Balai Besar Industri Agro (BBIA) Bogor.

Bahan

Bahan utama yang digunakan pada penelitian meliputi 8 varietas benih kedelai yaitu varietas Grobogan (kedelai berbiji besar berwarna kuning), Kaba (kedelai biji sedang warna kuning), Gepak Kuning (kedelai biji kecil warna kuning), Detam-1 (kedelai biji besar warna hitam), Detam-2 (kedelai biji sedang warna hitam), Mallika (kedelai biji kecil warna hitam), Dering-1 dan Gema (Varietas Unggul Baru berwarna kuning). Varietas Grobogan dan Kaba diperoleh dari Kabupaten Majalengka yang dipanen pada bulan Maret 2014, varietas Gepak Kuning diperoleh dari Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Provinsi Lampung yang dipanen pada bulan April 2014, Detam-1, Detam-2, Gema dan Dering diperoleh dari Balai Penelitian Tanaman Kacang-kacangan dan Umbi-umbian (Balitkabi) Malang yang dipanen pada bulan Maret 2014, dan varietas Mallika diperoleh dari Universitas Gadjah Mada (UGM) Yogyakarta yang dipanen pada bulan Juni 2014. Bahan lain yang digunakan adalah bahan analisis biokimiawi benih (analisis bilangan peroksida, asam lemak bebas, uji protein).

Prosedur

(29)

ditunjukkan pada Gambar 3.

Percobaan I

Penyimpanan Benih Kedelai Pada Kondisi Terkontrol

Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui perilaku biokimiawi dan fisiologis benih selama periode penyimpanan pada kondisi suhu dan RH terkontrol (19-22 °C dan 64%-67%) selama 6 bulan pada 8 varietas kedelai. Percobaan dirancang dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) terdiri dari faktor varietas yang terdiri dari delapan taraf yang tersarang pada periode simpan. Benih kedelai sebanyak 1 kg disimpan dalam kemasan plastik Polypropilen 0.8 mm pada kadar air optimum yaitu 9-11%. Masing-masing perlakuan penyimpanan diulang sebanyak empat kali. Periode simpan yang dilakukan adalah 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 dan 24 minggu.

(30)

Model linier rancangan percobaan menurut Montgomerry (2009) adalah sebagai berikut:

Yijk= μ + αi + βj(i) +

ε

(ij)k; untuk : i = 1, 2,…, 13 dan j = 1, 2,…, 8

Keterangan :

Yijk : Pengamatan faktor periode simpan taraf ke-i, faktor varietas taraf ke-j dan

ulangan ke-k µ : Rataan umum

αi : Pengaruh faktor periode simpan pada taraf ke-i

βj(i) : Pengaruh faktor varietas pada taraf ke-j pada periode ke-i

ε(ij)k : Pengaruh galat faktor periode simpan taraf ke-i, faktor varietas taraf ke-j

dan ulangan ke-k

Pengamatan

Pengamatan di laboratorium dilakukan terhadap aspek fisiologis dan biokimia benih. Kadar air benih dan peubah fisiologis selama penyimpanan diamati pada interval waktu 2 minggu, sedangkan peubah biokimia selama penyimpanan diamati pada interval waktu 4 minggu.

Kadar air benih selama penyimpanan diukur menggunakan metode oven suhu rendah konstan (101-105 °C) selama 17 ± 1 jam. Bobot benih kedelai yang dipakai pada pengukuran kadar air benih sebanyak 4.5 ± 0.5 g untuk setiap ulangan. Pengukuran kadar air dilakukan sebanyak empat ulangan. Kadar air benih dihitung menggunakan rumus sebagai berikut (ISTA 2010):

Keterangan :

M1 = bobot wadah beserta tutupnya (gram)

M2 = bobot wadah, tutup dan benih sebelum dioven (gram)

M3 = bobot wadah, tutup dan benih setelah dioven (gram)

Peubah biokimia yang diamati meliputi: 1 Daya hantar listrik (DHL)

Uji Daya Hantar Listrik dilakukan dengan memodifikasi metode ISTA (2010) yaitu merendam 50 butir benih pada 100 mL aquades selama 24 jam, air rendaman benih diukur dengan alat Electric Conductivity Meter. Besarnya nilai daya hantar listrik dihitung menggunakan rumus berikut:

Keterangan:

(31)

Pengukuran bilangan peroksida dilakukan melalui metode titrasi iodometri. Sebanyak 5.0 g bahan sampel ditambah 30 mL larutan asam asetat kloroform hingga bahan larut. Larutan jenuh KI sebanyak 0.5 mL dan 30 mL aquadest ditambahkan ke dalam larutan sampel. Larutan dititrasi dengan 0.01 N Na2S2O3

hingga warna kuning hampir hilang. Sebanyak 0.5 mL larutan pati (amilum) 1% ditambahkan hingga campuran berubah menjadi biru gelap. Titrasi dilanjutkan hingga titik ekivalen. Bilangan peroksida dinyatakan dalam mili-equivalen dari peroksida dalam setiap 100 g sampel dengan rumus:

S = titrasi sampel B = titrasi blanko N = Normalitas Na2S2O3

3. Asam lemak bebas

Pengujian asam lemak bebas dilakukan dengan metode titrasi asam basa menurut standar AOCS (Nielsen 2010). Sampel ditimbang seberat 10 g kemudian ditambah dengan isopropanol sebanyak 25 mL yang sudah dinetralkan dengan menggunakan NaOH 0.001 N, kemudian ditambah 5 tetes indikator PP dan dititrasi dengan menggunakan NaOH 0.001 N hingga warna berubah menjadi warna merah muda bening. Persentase asam lemak bebas dihitung menggunakan rumus berikut:

4. Analisis Protein

Kandungan protein benih ditentukan dengan mengukur total kandungan nitrogen menggunakan metode semi mikro Kjeldahl (SNI 01-2891-1992 butir 7.1). Sampel benih sebanyak 0.51 g dihaluskan dengan grinder dan dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 100 mL. Sebanyak 2 g selenium dan 25 mL H2SO4 pekat

(32)

Keterangan:

V1 : Volume HCl 0.01 N yang digunakan untuk titrasi sampel (ml)

V2 : Volume HCl 0.01 N yang digunakan untuk titrasi blanko (ml)

N : Normalitas HCl

fk : Faktor konversi N pada kedelai (5.75)

fp : Faktor pengenceran

W : Bobot sampel (g)

Peubah fisiologis yang diamati yaitu vigor daya simpan benih selama periode simpan 24 minggu. Vigor daya simpan benih kedelai diukur melalui peubah daya berkecambah yang diamati pada hari ke-3 (hitungan pertama) dan hari ke-5 (hitungan kedua) setelah benih dikecambahkan (ISTA 2010). Vigor daya simpan benih diuji dengan metode uji kertas digulung didirikan dalam plastik (UKDdp) menggunakan substrat kertas CD. Benih disimpan dalam alat pengecambah benih (Ecogerminator) tipe IPB 72-1. Jumlah benih untuk setiap ulangan adalah 25 butir, sehingga terdapat 100 butir (4 gulung) untuk empat ulangan. Pengamatan vigor daya simpan benih dilakukan pada selang waktu 2 minggu. Persentase kecambah normal ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

Keterangan :

VDSDB = Vigor daya simpan (%)

ΣKN I = Jumlah kecambah normal pengamatan pertama pada 3 hari setelah tanam (HST)

ΣKN II = Jumlah kecambah normal pengamatan kedua (5 HST)

Analisis Data

(33)

Penyusunan Model Pendugaan Deteriorasi Benih

Penyusunan model pendugaan deteriorasi benih dilakukan melalui langkah sebagai berikut:

1. Penyusunan diagram alir deteriorasi benih pada penyimpanan terkontrol. 2. Penentuan hubungan kuantitatif antar komponen. Hubungan antar

komponen didalam sistem diperoleh melalui 2 cara yaitu melalui penelusuran pustaka dan percobaan. Melalui percobaan penyimpanan terkontrol benih kedelai diperoleh perilaku kemunduran benih kedelai selama penyimpanan. Hubungan kuantitatif diperoleh dari hasil percobaan I (perilaku kadar air, protein, asam lemak bebas, daya hantar listrik, dan bilangan peroksida selama periode simpan) dan perilaku respirasi selama periode simpan (Wahyuni 2014).

3. Simulasi model dilakukan untuk mengetahui tingkat ketepatan (logik) model yang telah disusun, sehingga dapat ditentukan validitas model tersebut. Input model yang digunakan dalam simulasi adalah varietas (senyawa kimia benih), sedangkan output simulasi adalah vigor daya simpan (VDSDB).

Simulasi dilakukan dengan menggunakan Interface Layer (IL) pada software Stella versi 9.0.2.

4. Validasi model dilakukan untuk menilai kesesuaian antara output simulasi dengan hasil pengukuran percobaan penyimpanan.Validasi model dilakukan menggunakan kurva dan analisis statistik. Validasi menggunakan kurva dapat memvisualisasikan output model dengan pengukuran berdasarkan waktu atau periode tertentu (Wahyuni 2014). Validasi berdasarkan kurva, maka nilai dugaan dinyatakan berkesesuaian jika nilai hasil dugaan (simulasi) berada dalam selang kepercayaan (1-α = 0.95) dari hasil aktual. Validasi model menggunakan uji statistik dilakukan menggunakan uji kesesuaian Khi Kuadrat antara hasil simulasi dengan data aktual. Hasil simulasi dinyatakan berkesesuaian atau tidak berbeda dengan hasil aktual jika nilai X2 hitung lebih kecil dari X2 tabel pada taraf α 5%.

.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perilaku Benih Kedelai Selama Deteriorasi Pada Penyimpanan Kondisi Terkontrol

(34)

Perilaku Kadar Air Benih Kedelai pada Penyimpanan Kondisi Terkontrol

Perilaku kadar air benih diperoleh melalui pengukuran secara periodik dengan interval 2 minggu terhadap 8 varietas kedelai selama 24 minggu. Hasil analisis regresi kadar air pada 8 varietas kedelai disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Hasil analisis regresi kadar air benih kedelai pada penyimpanan terkontrol selama 24 minggu

No Varietas Persamaan Rata-rata

± Sd

Model persamaan perilaku kadar air pada 8 varietas kedelai selanjutnya dilakukan uji kesesuaian menggunakan kurva dan analisis statistik. Kesesuaian data pada kurva dapat dilihat melalui selang nilai standar deviasi pada setiap periode pengukuran hingga periode simpan 24 minggu (Gambar 4).

Pengujian kesesuaian model secara statistik melalui uji-t terhadap peubah kadar air menunjukkan nilai p-value varietas Kaba (1.00), Grobogan (1.00), Gepak Kuning (0.843), Gema (1.00), Dering 1 (1.00), Detam 1 (1.00), Detam 2

(1.00), dan Mallika (1.00) lebih besar dari α(0.05). Hal ini menunjukkan bah wa hasil simulasi tidak berbeda nyata atau adanya kesesuaian dengan hasil

pengukuran. Melalui kedua analisis uji kesesuaian tersebut dapat disimpulkan bahwa model persamaan regresi yang diperoleh dapat menggambarkan pola perilaku kadar air pada setiap varietas yang diuji.

Pola perilaku kadar air 8 varietas kedelai selama 24 minggu (Gambar 5) menunjukkan adanya perilaku kadar air yang cenderung konstan selama periode simpan. Hasil pengukuran kadar air memiliki standar deviasi 0.1 hingga 0.2 kecuali varietas Gema (0.3). Nilai standar deviasi 0.2 masih dalam taraf toleransi uji kadar air (ISTA, 2010) sehingga dapat dikatakan bahwa nilai kadar air tidak berbeda.

(35)

benih masih tetap tinggi (>80%) setelah 6 bulan penyimpanan.

(36)

Gambar 5 Perilaku kadar air benih kedelai selama penyimpanan terkontrol Nilai standar deviasi kadar air untuk kedelai hitam cenderung lebih kecil dibandingkan kedelai kuning (Tabel 2), menunjukkan bahwa kadar air varietas kedelai hitam cenderung lebih konstan dibandingkan dengan kedelai kuning. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan permeabilitas kulit benih. Secara genetik permeabilitas kulit benih kedelai hitam dan kedelai kuning berbeda, kedelai kuning mempunyai permeabilitas lebih tinggi dibandingkan dengan kedelai hitam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan lignin kedelai hitam varietas Merapi lebih tinggi (15.31%) dibandingkan kedelai kuning varietas Lampo-Batang (1.43%) (Marwanto 2003). Permeabilitas kulit benih yang tinggi akan memudahkan masuknya air dan oksigen ke dalam benih yang mengaktifkan enzim-enzim yang berperan dalam metabolisme benih seperti respirasi yang akan melepaskan uap air.

Selain faktor suhu dan dan permeabilitas kulit benih, penggunaan jenis bahan kemasan juga sangat berperan dalam mempengaruhi perubahan kadar air benih selama penyimpanan. Menurut Hasbianto (2012) bahwa penggunaan bahan kemasan dengan nilai permeabilitas rendah seperti plastik polipropylen mampu mempertahankan kadar air benih kedelai pada tingkat aman selama periode simpan 16 minggu pada penyimpanan terbuka.

Faktor suhu dan kelembaban sangat mempengaruhi metabolisme benih (Copeland dan McDonald 2001). Kelembaban tinggi akan meningkatkan kadar air benih yang akan memicu proses biokimia benih, meningkatkan aktivitas enzim hidrolitik dan respirasi. Suhu yang tinggi akan mempercepat metabolisme hidrolisis substrat sehingga mempercepat deteriorasi benih (Copeland dan McDonald 2001). Pada penyimpanan benih secara terkontrol, maka kontrol terhadap kelembaban ruang simpan dapat mengurangi efek peningkatan kadar air benih untuk mencapai kondisi simpan yang optimum.

7

(37)

Terkontrol

Perilaku bilangan peroksida benih kedelai selama periode simpan kondisi terkontrol diperoleh melalui pengukuran secara periodik pada interval waktu empat minggu pada 8 varietas kedelai. Hasil analisis regresi yang menunjukkan pola perilaku bilangan peroksida benih kedelai disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3 Hasil analisis regresi bilangan peroksida benih kedelai pada penyimpanan terkontrol selama 24 minggu

No Varietas Persamaan Rata-rata ± Sd

Ket: y = Bilangan peroksida ; x = Periode simpan (minggu)

Pengujian kesesuaian menggunakan kurva menunjukkan adanya kesesuaian antara data hasil pengukuran dengan hasil simulasi pada 8 varietas kedelai hingga periode simpan 24 minggu (Gambar 6). Kesesuaian tersebut didasarkan pada data hasil simulasi yang berada pada selang nilai standar deviasinya. Pengujian secara statistik melalui uji-t terhadap peubah bilangan peroksida menunjukkan bahwa nilai p-value varietas Kaba (1.00), Grobogan (1.00), Gepak Kuning (1.00), Gema (1.00), Dering 1 (1.00), Detam 1 (1.00), Detam 2 (1.00), dan Mallika (1.00) lebih besar dari α (0.05) hingga periode simpan 24 minggu. Hal ini menunjukkan bahwa hasil simulasi tidak berbeda nyata atau adanya kesesuaian dengan hasil aktual. Model persamaan yang diperoleh dapat menggambarkan perilaku bilangan peroksida delapan varietas kedelai yang diuji selama periode simpan 24 minggu.

Bilangan peroksida merupakan bilangan yang mengukur produk hidroperoksida yang merupakan indikator utama hasil oksidasi lipid (Anwar et al. 2007). Pola perilaku bilangan peroksida 8 varietas kedelai selama periode simpan disajikan pada Gambar 7.

(38)

(39)

Senyawa oksigen sangat berperan dalam menginduksi oksidasi lipid. Oksigen yang masuk ke dalam benih akan bereaksi dengan lipid dan membentuk produk primer dan sekunder. Produk primer dari oksidasi lipid adalah hidroperoksida, sedangkan produk sekundernya adalah aldehid, asam keto, dan asam hidroksi (Arpah 2007). Semakin tinggi jumlah oksigen yang dapat masuk ke dalam benih, maka proses oksidasi lipid semakin meningkat. Tinggi rendahnya jumlah oksigen yang dapat meng-oksidasi bergantung dari tingkat permeabilitas kulit benih kedelai. Proses oksidasi lipid akan melepaskan radikal bebas yang merupakan faktor yang menginisiasi proses deteriorasi benih.

Reaksi oksidasi lipid delapan varietas kedelai yang disimpan dikategorikan sangat rendah karena memiliki nilai<1 meq.kg-1. Menurut O’Brien (2004) produk dengan dengan nilai bilangan peroksida 1-5 meq.kg-1 dikategorikan memiliki tingkat oksidasi rendah, 5-10 meq.kg-1 memiliki tingkat oksidasi sedang dan >10 meq.kg-1 memiliki tingkat oksidasi tinggi. Benih yang memiliki nilai bilangan peroksida tinggi dapat memicu terjadinya kerusakan benih dan pada akhirnya menyebabkan kemunduran benih. Rendahnya reaksi oksidasi lipid diduga karena kondisi penyimpanan benih dalam kondisi suhu dan RH yang optimum yang memungkinkan proses oksidasi berjalan lambat.

(A) (B)

Gambar 7 Perilaku bilangan peroksida benih kedelai selama penyimpanan terkontrol

Perilaku Kandungan Protein Benih Kedelai pada penyimpanan Kondisi Terkontrol

(40)

Tabel 4 Hasil analisis regresi kandungan protein benih kedelai pada penyimpanan terkontrol selama 24 minggu

± Sd

Uji kesesuaian menggunakan kurva antara data aktual dengan hasil simulasi model disajikan pada Gambar 8. Hasil pengujian menunjukkan adanya kesesuaian data hasil pengukuran dengan hasil simulasi pada 8 varietas kedelai hingga periode simpan 24 minggu. Kesesuaian tersebut didasarkan pada data hasil simulasi yang berada dalam selang nilai standar deviasinya.

Pengujian secara statistik menggunakan uji-t terhadap peubah kandungan protein selama periode simpan 24 minggu menunjukkan bahwa nilai p-value varietas Kaba (1.00), Grobogan (1.00), Gepak Kuning (1.00), Gema (1.00), Dering 1 (1.00), Detam 1 (1.00), Detam 2 (1.00), dan Mallika (1.00) lebih besar

dari α (0.05). Hal ini menunjukkan bahwa hasil simulasi tidak berbeda nyata atau

adanya kesesuaian dengan hasil aktual. Model persamaan yang diperoleh dapat menggambarkan perilaku kandungan protein 8 varietas kedelai yang diuji selama periode simpan 24 minggu.

Perilaku kandungan protein varietas kedelai yang disimpan selama 24 minggu mengalami penurunan seiring lamanya periode simpan (Gambar 9). Kandungan protein pada varietas yang diuji berkisar antara 35-45%. Pada Gambar 9 menunjukkan adanya perbedaan pola perilaku antara kedelai kuning dan hitam. Perbedaan kecepatan penurunan lebih disebabkan oleh faktor genetik benih. Kecepatan penurunan kadar protein pada varietas kedelai hitam (Detam 1, Detam 2, dan Mallika) lebih lambat dibandingkan varietas kedelai kuning. Pada kelompok kedelai hitam, varietas Detam 1 lebih cepat mengalami penurunan protein dibandingkan varietas Detam 2 dan Mallika dengan kecepatan penurunan sebesar -3.25884exp(0.0929809 x). Pada kelompok kedelai kuning, varietas Gema mengalami penurunan kandungan protein lebih cepat dibandingkan varietas lainnya dengan kecepatan penurunan sebesar -36.8417exp(0.0237471x).

(41)

(42)

10

Reaksi oksidasi asam amino berhubungan dengan jumlah oksigen yang masuh ke dalam benih dan berkaitan dengan permeabilitas kulit benih. Telah dikatakan sebelumnya bahwa varietas kedelai hitam lebih impermiabel sehingga diduga lambatnya proses degradasi protein sangat berkaitan erat dengan jenis kulit benih.

Penuaan benih dapat diketahui dari kecepatan denaturasi protein. Penuaan benih dan proses denaturasi sangat dipengaruhi oleh suhu dan kadar air benih (Tatipata 2007). Berdasarkan deskripsi varietas kedelai (Lampiran 1-8) bahwa kandungan protein 8 varietas benih kedelai yang disimpan berkisar antara 35-45% (Balitkabi 2012). Protein bersifat higroskopis sehingga akan lebih mudah mengabsorbsi air. Peningkatan kadar air benih menyebabkan hidrolisis protein dan fluiditas membran mitokondria menjadi berkurang sehingga merubah bentuk protein yang terikat pada bilayer lipid Tatipata (2007).

Gambar 9 Perilaku kandungan protein benih kedelai selama penyimpanan terkontrol

(43)

Kondisi Terkontrol

Perilaku kandungan asam lemak bebas kedelai selama periode simpan kondisi terkontrol diperoleh melalui pengukuran secara periodik pada interval waktu empat minggu pada 8 varietas kedelai. Hasil analisis regresi yang menggambarkan perilaku kandungan asam lemak bebas benih kedelai selama penyimpanan 24 minggu disajikan pada Tabel 5.

Hasil uji kesesuaian terhadap model persamaan menggunakan kurva ditunjukkan pada Gambar 10. Kesesuaian data aktual dengan hasil simulasi kandungan asam lemak bebas pada 8 varietas kedelai selama penyimpanan 24 minggu didasarkan pada hasil simulasi yang berada dalam selang nilai standar deviasinya. Pengujian secara statistik menggunakan uji-t terhadap peubah kandungan asam lemak bebas selama periode simpan 24 minggu menunjukkan nilai p-value varietas Kaba (1.00), Grobogan (1.00), Gepak Kuning (1.00), Gema (1.00), Dering 1 (1.00), Detam 1 (1.00), Detam 2 (1.00), dan Mallika (1.00) lebih besar dari α (0.05). Hal ini menunjukkan bahwa hasil simulasi tidak berbeda nyata atau adanya kesesuaian dengan hasil aktual.

Tabel 5 Hasil analisis regresi kandungan asam lemak bebas benih kedelai pada penyimpanan terkontrol selama 24 minggu

± Sd selama 24 minggu mengalami peningkatan seiring dengan bertambah periode simpan (Gambar 11). Kelompok kedelai kuning dan kedelai hitam memiliki pola perilaku asam lemak bebas yang cenderung sama. Proses hidrolisis lipid akan menghasilkan asam lemak dan gliserol. Akumulasi produksi asam lemak secara terus menerus akan menurunkan pH benih dan merusak metabolisme sel dengan menguraikan enzim sehingga aktivitasnya berkurang. Kadar pH digunakan sebagai indikator tingkat asam lemak bebas yang terbentuk.

(44)

(45)

0.0

Gambar 11 Perilaku kandungan asam lemak bebas benih kedelai selama penyimpanan terkontrol

Perilaku Daya Hantar Listrik Benih Kedelai pada Penyimpanan Kondisi Terkontrol

Perilaku daya hantar listrik benih kedelai selama periode simpan kondisi terkontrol diperoleh melalui pengukuran secara periodik pada interval waktu dua minggu pada 8 varietas kedelai. Hasil analisis regresi menunjukkan model persamaan yang menggambarkan perilaku daya hantar listrik benih kedelai selama penyimpanan 24 minggu (Tabel 6).

Tabel 6 Hasil analisis regresi daya hantar listrik benih kedelai pada penyimpanan terkontrol selama 24 minggu

± Sd

(46)

Pengujian secara statistik melalui uji-t terhadap peubah daya hantar listrik selama periode simpan 24 minggu menunjukkan nilai p-value varietas Kaba (1.00), Grobogan (1.00), Gepak Kuning (1.00), Gema (1.00), Dering 1 (1.00), Detam 1 (1.00), Detam 2 (1.00), dan Mallika (1.00) lebih besar dari α (0.05). Hal ini menunjukkan bahwa hasil simulasi tidak berbeda nyata atau adanya kesesuaian dengan hasil aktual.

Daya hantar listrik adalah salah satu pengujian vigor benih yang secara tidak langsung mengevaluasi tingkat kerusakan membran sel pada benih yang telah mengalami deteriorasi. Tingkat kebocoran membran dapat mengindikasikan vigor benih. Nilai daya hantar listrik menunjukkan tingkat vigor benih dengan mengukur jumlah ion-ion yang keluar karena kebocoran membran sel. Suatu lot benih yang memiliki vigor yang tinggi akan menunjukkan tingkat kebocoran membran yang rendah, sedangkan benih bervigor rendah akan menunjukkan tingkat kebocoran membran yang tinggi (Taliroso 2008). Penurunan potensi fisiologis benih berkaitan secara langsung dengan meningkatnya jumlah ion-ion yang terlarut dalam rendaman benih akibat dari rusaknya integritas membran sel (Vieira et al. 2008). Perubahan nilai daya hantar listrik disebabkan adanya perubahan permeabilitas membran sel dengan meningkatnya kebocoran selama periode simpan.

Benih dengan vigor tinggi memiliki nilai daya hantar listrik kecil yang menunjukkan bahwa tingkat kebocoran membran sel rendah. Lot benih dengan vigor tinggi pada awal simpan, maka peningkatan nilai daya hantar listrik berjalan lebih lambat dibandingkan lot benih yang disimpan dengan vigor rendah.

Varietas Grobogan dan varietas Kaba memiliki tingkat vigor yang lebih rendah pada awal simpan dibandingkan varietas lainnya, sehingga peningkatan nilai daya hantar listrik selama periode simpannya berjalan lebih cepat. Silva et al. (2012) mengatakan bahwa lot benih kacang dengan vigor rendah pada awal simpan menunjukkan perubahan nilai daya hantar listrik yang nyata selama periode simpan 6 bulan pada suhu 25 oC, sedangkan pada lot benih tinggi perubahan nilai daya hantar listrik lebih kecil.

Perubahan nilai daya hantar listrik pada 8 varietas kedelai yang diuji setelah penyimpanan selama 24 minggu menunjukkan kecepatan peningkatan yang berbeda-beda. Varietas Gepak Kuning, Dering 1, Gema, Detam 2, dan Mallika memiliki nilai daya hantar listrik yang masih menunjukkan vigor benih tinggi, sedangkan varietas Grobogan, Kaba, dan Detam 1 menunjukkan vigor sedang. Klasifikasi tingkat vigor benih kedelai berdasarkan nilai daya hantar listrik menurut Vieira et al. (1999) yaitu kriteria vigor rendah (>100 dan <120 μS cm-1g

-1

), sedang (81-100 μS cm-1g-1), dan tinggi (<80 μS cm-1g-1).

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

8.3 8.5 8.4 8.4 _8.0 8.3 7.9 selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas dan bilangan peroksida

kerusakan pada membran sel yang ditandai dengan meningkatnya daya hantar

listrik mencapai 54.68 μS g-1

cm-1. Hingga periode simpan 24 minggu, nilai daya hantar listrik masih menunjukkan nilai <80 μS.g-1.cm-1 (rendah), hal ini menunjukkan bahwa vigor benih masih tinggi.

(53)

9.6 9.5 9.8 9.3 9.7 9.7 9.9 Kuning selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas dan bilangan peroksida

(54)

8.7 8.9 8.4 8.7 8.3 8.5 8.3

Gambar 19 Kurva hubungan vigor daya simpan benih kedelai varietas Detam 1 selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas, dan bilangan peroksida

Varietas Detam-1 yang disimpan dengan viabilitas awal yang relatif rendah yaitu 76.75% dan kadar air 8.7% mengalami penurunan viabilitas yang cepat mencapai 72.75% pada periode simpan empat minggu (Gambar 19). Setelah penyimpanan empat minggu, viabilitas benih terus menurun hingga <70%. Pada periode simpan empat minggu persentase penurunan protein mencapai 0.4%. Kandungan protein menurun drastis (>50%) setelah penyimpanan 20 minggu

disertai dengan meningkatnya daya hantar listrik mencapai 92.02 μS g-1

(55)

9.4 9.5 9.4 9.3 9.2 9.5 9.4

Gambar 20 Kurva hubungan vigor daya simpan benih kedelai varietas Detam 2 selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas dan bilangan peroksida

Varietas Detam-2 yang disimpan dengan viabilitas awal tinggi yaitu 94.25% dan kadar air 9.6% mampu mempertahankan viabilitasnya tetap tinggi (87.50%) hingga periode simpan 24 minggu (Gambar 20). Kandungan protein benih mengalami penurunan sebesar 55.29% setelah disimpan 20 minggu, walaupun viabilitas benih masih tinggi (91.75%), pada kondisi ini asam lemak yang dihasilkan dari proses oksidasi lipid meningkat sebesar 212.5% (0.75%) dari kandungan awal 0.24%. Reaksi oksidasi lipid yang ditunjukkan oleh nilai bilangan peroksida 0.32 mgO 100g-1 dikategorikan rendah. Adanya kerusakan pada membran sel ditandai dengan meningkatnya daya hantar listrik dari 46.63 μS

(56)

9.9 9.7 9.6 10.0 9.9 10.0 _9.8

Gambar 21 Kurva hubungan vigor daya simpan benih kedelai varietas Mallika selama deteriorasi benih berdasarkan peubah kadar air, protein, DHL, asam lemak bebas dan bilangan peroksida pada

Varietas Mallika yang disimpan dengan viabilitas awal tinggi yaitu 85.0% dan kadar air 10.3% mampu mempertahankan viabilitasnya >70% hingga periode simpan 22 minggu, selanjutnya viabilitas menurun hingga <70% (Gambar 20). Kandungan protein benih pada periode simpan 22 minggu mengalami penurunan dari 42.52% menjadi sekitar 18%. Asam lemak bebas yang dihasilkan dari proses oksidasi lipid sebesar 0.75%. Reaksi oksidasi lipid yang ditunjukkan oleh nilai bilangan peroksida 0.29 mgO.100g-1 dikategorikan rendah. Adanya kerusakan

pada membran sel ditandai dengan meningkatnya daya hantar listrik dari 51.95 μS

g-1cm-1 menjadi 61.33 μS g-1cm-1. Tingkat kerusakan benih masih dalam kategori

rendah dengan nilai daya hantar listrik <80 μS g-1

cm-1 yang berarti vigor benih masih relatif tinggi.

(57)

Penyusunan model pendugaan deteriorasi benih dilakukan melalui tahapan penyusunan diagram alir (flow chart), penentuan hubungan kuantitatif antar komponen dalam sistem, membuat Model Construction Layer-Stella (MCL-S), simulasi dan validasi model.

Diagram alir dibuat untuk menggambarkan secara deskriptif proses-proses yang terjadi selama deteriorasi benih pada penyimpanan benih secara terkontrol. Pada penyimpanan benih secara terkontrol dimana suhu dan kelembaban ruangan simpan konstan, maka kemunduran benih terjadi karena adanya perubahan pada kandungan biokimia benih. Diagram alir deteriorasi benih kedelai pada penyimpanan kondisi terkontrol dideskripsikan pada Gambar 22.

Keterangan:

Gambar 22 Diagram alir deteriorasi benih kedelai pada penyimpanan kondisi terkontrol

(58)

akan meningkatkan kandungan asam lemak bebas. Radikal bebas yang dihasilkan akan merusak permeabilitas membran sel, lipoprotein dan membran mitokondria.

Unsur protein (struktural dan fungsional) akan mengalami denaturasi sehingga kandungan protein akan menurun baik pada membran sel maupun membran mitokondria. Molekul enzim tidak dapat berfungsi di berbagai reaksi biokimia. Perubahan struktur protein juga dapat terjadi akibat adanya radikal bebas sehingga akan mempengaruhi struktur DNA kromosom.

Kerusakan-kerusakan yang terjadi selama deteriorasi benih pada akhirnya akan menyebabkan degradasi membran sel dan banyaknya metabolit yang keluar dari dalam benih yang mengandung gula, asam amino, asam lemak, enzim, ion-ion inorganik seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+. Proses deteriorasi benih akan menyebabkan menurunnya viabilitas benih. Berdasarkan diagram alir deteriorasi benih (Gambar 22) maka dapat diketahui bahwa peubah yang paling erat untuk dijadikan indikator vigor daya simpan benih adalah daya hantar listrik yang menunjukkan tingkat kerusakan benih. Secara keseluruhan deteriorasi benih pada kondisi penyimpanan terkontrol dipengaruhi oleh berbagai proses dan dominan dipengaruhi oleh perubahan kandungan biokimia benih, varietas, kadar air awal benih serta vigor awal benih.

Hubungan Kuantitatif Antar Komponen

Hubungan antar komponen dalam sistem didapatkan melalui penelusuran pustaka dan percobaan di laboratorium. Hubungan kuantitatif antar komponen didalam sistem diperlukan untuk membangun proses yang logik dalam model. Hubungan kuantitatif melalui percobaan penyimpanan terkontrol benih kedelai diperoleh dari perilaku kemunduran benih kedelai selama penyimpanan 24 minggu meliputi perilaku kadar air, protein, asam lemak bebas, daya hantar listrik, dan bilangan peroksida. Sedangkan perilaku respirasi selama periode simpan berdasarkan Wahyuni (2014).

Hubungan kuantitatif antar komponen berdasarkan penelusuran pustaka

Berdasarkan hasil penelusuran pustaka diperoleh beberapa persamaan yang digunakan untuk membangun model penyimpanan benih kedelai. Persamaan- persamaan tersebut terdiri atas :

a. Nilai permeabilitas kemasan simpan benih. Nilai permeabilitas kemasan ditentukan berdasarkan persamaan Moyls (Arpah 2007). Persamaan nilai permeabilitas kemasan sebagai berikut :

Persamaan di atas menunjukkan nilai permeabilitas kemasan yang dipengaruhi oleh n/t (jumlah air terserap per hari, g.hari-1), luas permukaan kemasan (A, m2), RH luar (RHout, %) dan RH dalam (RHin, %) kemasan, tekanan uap air jenuh (Po, mmHg). Hasil penelitian Hasbianto (2012) menunjukkan nilai permeabilitas kemasan plastik PP yang diukur menggunakan persamaan Moyls adalah sebesar 0.00548 g.hari-1.m2.mmHg-1.

(59)

keseimbangan benih) dan Mt (kadar air benih pada periode t hari) ditentukan

menggunakan persamaan empirik berdasarkan persamaan Henderson (1976) yang terdiri atas dua komponen, yaitu :

Komponen (1), persamaan untuk menentukan nilai Me yaitu:

RH adalah kelembaban relatif dalam kemasan (RHin, %), T adalah suhu (oR), c

dan n adalah konstanta spesifik varietas, untuk varietas kedelai c : 3.20x10-5 dan n : 1.52. RH dalam kemasan (RHin) diperoleh setelah memasukkan nilai

permeabilitas kemasan dan RH luar kemasan sebagai input model menggunakan persamaan Moyls.

Komponen (2), persamaan untuk menentukan nilai Mt yaitu:

Mt adalah kadar air benih pada periode simpan t hari (%), M0 adalah kadar air

awal benih, Me kadar air keseimbangan (%), A luas permukaan benih (m2), Ɵ

periode simpan (hari), dan k adalah koefisien difusivitas benih kedelai. Nilai k ditentukan menggunakan persamaan :

Dv adalah difusivitas untuk varietas kedelai sebesar 10-11 m2.detik-1, dan r adalah jari-jari benih kedelai. Benih kedelai berbentuk oval atau elips, sehingga perhitungan dalam persamaan yang menggunakan nilai r benih kedelai digunakan dua nilai, yaitu ra untuk sisi panjang dan rb untuk sisi pendek benih kedelai. Hasil pengukuran ra dan rb empat varietas kedelai sebagai konstanta model tertera pada Tabel 7.

Tabel 7 Nilai jari-jari benih (ra, rb) delapan varietas kedelai

No Varietas Panjang benih Lebar benih

(ra, mm) (rb, mm)

1 Grobogan 4.10 3.48

2 Kaba 3.26 2.73

3 Gepak Kuning 3.02 2.62

4 Gema 3.31 2.85

5 Dering 3.39 2.87

6 Detam 1 3.40 3.16

7 Detam 2 3.75 2.90

8 Mallika 3.20 2.75

(60)

c. Nilai respirasi benih

Nilai respirasi benih selama penyimpanan diperoleh berdasarkan hubungan kuantitatif antara kadar air dengan respirasi (Wahyuni 2014). Hubungan kuantitatif antara kadar air (Moisture Content) dengan respirasi menghasilkan konstanta respirasi a (0.0630) dan b (0.616) dengan persamaan sebagai berikut:

Log CO2 = a-b(MC)

Hubungan kuantitatif antara respirasi dengan bocoran metabolit diperoleh melalui hubungan logik dari percobaan penyimpanan (Wahyuni 2014). Hubungan logik yang dibangun adalah sebagai berikut:

Bocoran metabolit = if respirasi<=0.75 then +0.02 else if respirasi <=0.81 then +0.05 else if respirasi <=0.9 then +0.25 else if respirasi <=0.94 then +0.48 else if respirasi <=0.60 then +0.68 else +0.70

Hubungan kuantitatif antar komponen dalam sistem penyimpanan benih pada kondisi terkontrol berdasarkan percobaan laboratorium

Berdasarkan hasil percobaan pertama diperoleh beberapa perilaku deteriorasi benih kedelai penyimpanan terkontrol selama 24 minggu yang ditunjukkan melalui perilaku kadar air, kandungan protein, bilangan peroksida, asam lemak bebas, dan daya hantar listrik. Perilaku antar komponen tersebut menghasilkan hubungan kuantitatif untuk menyusun model pendugaan deteriorasi benih pada penyimpanan terkontrol yang tertera pada Tabel 8.

Tabel 8 Hubungan kuantitatif antar komponen berdasarkan hasil percobaan penyimpanan benih secara terkontrol

No Hubungan Kuantitatif Sumber Data

1 DHLPeroksida = a + b.exp(cPV)

Hubungan antara daya hantar listrik dan bilangan peroksida dari percobaan penyimpanan. Konstanta a dan b berbeda pada setiap varietas

2 DHLProtein = a + b.exp(cProtein)

Hubungan antara daya hantar listrik dan protein dari percobaan

Hubungan antara daya hantar listrik selama penyimpanan terkontrol akibat kerusakan protein, lipid, dan karbohidrat (Qadir A, 2015, komunikasi pribadi)

4 VDSDB = a + b.expcDHL_CS

(61)

dalam model. Hubungan antar peubah dalam sistem berupa hubungan linier atau eksponensial yang berasal dari pemahaman suatu konsep dasar, hasil percobaan empirik atau kombinasi antara konsep dasar dengan hasil percobaan empirik. Hubungan antar peubah, juga bisa hanya hubungan logik yang diperoleh dari data-data penelitian. Konstanta model diperoleh dari hasil pengukuran di lapang dan juga berdasarkan referensi-referensi yang sudah ada (Qadir 2012).

Persamaan yang diperoleh dari percobaan penyimpanan terkontrol melalui perilaku kemunduran benih disajikan pada Tabel 8. Persamaan dibangun berdasarkan hubungan antar komponen bilangan peroksida, protein, daya hantar listrik dan vigor daya simpan benih. Hubungan kuantitatif diperoleh melalui analisis regresi eksponensial antar peubah yang diukur. Hubungan yang logik antara protein, bilangan peroksida dengan daya hantar listrik serta daya hantar listrik dengan vigor daya simpan menghasilkan persamaan eksponensial yang memiliki nilai konstanta a, b, dan c yang berbeda untuk setiap varietas kedelai.

Model Construction Layer-Stella (MCL-S) deteriorasi benih kedelai

Keterangan :

P0 : tekanan uap air jenuh ra, rb, r : jari-jari benih

C henders : konstanta pers. Henderson Dv : divusitas benih Me : kadar air keseimbangan K : koef. Divusitas benih

A : jumlah uap air udara KCS : kadar air selama control

Mo : kadar air awal Storage

RH in : RH dalam kemasan a, b, c : konstanta (respirasi, protein, RH out : RH luar kemasan Asam lemak bebas, DHL,

VDS)

Nt : jumlah uap air terserap benih DHL : daya hantar listrik Pr kemasan : permeabilitas kemasan asam lemak

bebas

: asam lemak bebas

A kemasan : luas kemasan PS : periode simpan VDS : vigor daya simpan