KAJIAN POTENSI BUAH-BUAHAN SEBAGAI PENGHASIL ENERGI LISTRIK SKRIPSI

SKRIPSI

VERONIKA CLAUDIA SARI PANJAITAN 170308027

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2022

SKRIPSI

Oleh:

VERONIKA CLAUDIA SARI PANJAITAN 170308027/TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Teknik Pertanian Dan Biosistem Fakultas Pertanian

Universitas Sumatera Utara

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2022

Riswanti Sigalingging, STP, M.Si, Ph.D Achwil Putra Munir, STP, M.Si

Raju, STP, M.Si

Dr. Taufik Rizaldi, STP, MP

i

Penghasil Energi Listrik. Dibimbing oleh RISWANTI SIGALINGGING.

Kebutuhan energi listrik yang meningkat, sehingga diperlukannya energi alternatif. Buah-buahan yang memiliki kandungan asam yang tinggi memiliki potensi dalam menghasilkan energi listrik. Untuk meningkatkan keasaman dari buah-buahan dilakukan proses fermentasi. Fermentasi akan menurunkan pH yang dapat meningkatkan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan energi listrik dengan menguji potensi buah-buahan terhadap kuat arus, tegangan, daya, hambatan, dan energi listrik yang dihasilkan. Parameter yang diamati kuat arus, tegangan, daya, hambatan dan energi listrik. Metode penelitian ini menggunakan metode rancang acak lengkap dua faktorial. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa buah asam jawa dengan waktu fermentasi 13 hari menghasilkan nilai tegangan, arus, daya, dan energi listrik tertinggi yaitu sebesar 5,62 volt, 1,52 mA, 8,54 mW, 672,30 mWh, dan nilai hambatan sebesar 1,800 Ohm. Sedangkan buah sirsak dengan waktu fermentasi 9 hari menghasilkan nilai tegangan, arus, daya, dan energi listrik terendah yaitu sebesar 4,52 volt, 0,93 mA, 4,20 mW, 265,26 mWh, dan menghasilkan nilai hambatan sebesar 2,118 Ohm.

Kata kunci: Energi listrik, buah-buahan, fermentasi.

ABSTRACT

VERONIKA CLAUDIA SARI PANJAITAN: Study of the Potential of Fruits as Electrical Energy. Supervised by RISWANTI SIGALINGGING.

The need for electrical energy is increasing, so is the need for alternative energy. Fruits that have a high acid content have the potential to produce electrical energy. To increase the acidity of the fruit, a fermentation process is carried out.

Fermentation will lower the pH which can increase the voltage and the generated electric current. This study aims to obtain electrical energy by testing the potential of the fruit against the current, voltage, power, resistance, and electrical energy produced. Parameters observed are current, voltage, power, resistance and electrical energy. This research method uses a two-factorial completely randomized design method. From the results of the study, it was found that tamarind fruit with a fermentation time of 13 days produced the highest voltage, current, power, and electrical energy values of 5.62 volts, 1.52 mA, 8.54 mW, 672.30 mWh, and the resistance value of 1.800 Ohm. While soursop fruit with a fermentation time of 9 days produced the lowest voltage, current, power, and electrical energy values of 4.52 volts, 0.93 mA, 4.20 mW, 265.26 mWh, and produced the resistance value of 2.118 Ohm.

Keywords: Electrical energy, fruits, fermentation.

ii

Veronika Claudia Sari Panjaitan lahir di Medan pada tanggal 05 Maret 2000 dari ayah Parsaoran Marulitua Panjaitan dan ibu Bintang Tumanggor. Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara.

Pada tahun 2011 penulis lulus dari SDN 060935 Medan, tahun 2014 lulus dari SMP Katolik St.Petrus Medan, tahun 2017 penulis lulus dari SMA Swasta Cahaya Medan dan tahun 2017 lulus seleksi masuk Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi (SBMPTN). Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian dan Biosistem Universitas Sumatera Utara.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Pabrik Minyak Kelapa Sawit (PMKS) PT. Tian Tujuh Puluh Utama Balam dari tanggal 01 Maret sampai 21 Maret 2021.

iii

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena kebaikan serta kasih- Nya penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Kajian Potensi Buah- Buahan Sebagai Penghasil Energi Listrik” yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Program Studi Teknik Pertanian dan Biosistem Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara Medan.

Penulis menyampaikan terima kasih kepada orang tua dan keluarga atas dukungannya. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Ibu Riswanti Sigalingging, S.TP, M.Si, Ph.D yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Penulis juga menyadari bahwa skripsi ini mempunyai banyak kekurangan, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan masyarakat secara keseluruhan. Akhir kata penulis ingin mengucapkan terima kasih.

Medan, Mei 2022

Penulis

iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian ... 3

Batasan Masalah ... 3

Manfaat Penelitian ... 3

TINJAUAN PUSTAKA ... 4

Energi Listrik Alternatif ... 4

Energi Listrik ... 5

Tegangan Listrik (Voltage) ... 6

Arus Listrik (Electrical Current) ... 7

Daya Listrik (Power) ... 8

Hambatan Larutan ... 9

Elektrokimia ... 11

Elektroda ... 13

Fermentasi ... 14

Ragi (Sacaromyces cerevisiae) ... 16

Sirsak (Annona muricata) ... 18

Mangga (Mangifera indica L) ... 19

Asam Jawa (Tamarindus indica) ... 21

LED (Light Emiting Diode)... 23

BAHAN DAN METODE ... 24

Waktu dan Tempat Penelitian ... 24

Bahan dan Alat Penelitian ... 24

Metode Penelitian ... 25

Prosedur Penelitian ... 27

Parameter Penelitian ... 29

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

Penghantar Arus Listrik ... 31

Proses Fermentasi ... 34

Tegangan Listrik ... 37

Arus ... 41

Daya ... 44

Hambatan Larutan ... 47

Energi Listrik ... 52

Lama Nyala LED ... 55

KESIMPULAN DAN SARAN ... 57

DAFTAR PUSTAKA ... 58

v

Tabel 1. Kandungan Senyawa Buah Sirsak ... 18

Tabel 2. Kandungan Senyawa Buah Mangga ... 20

Tabel 3. Kandungan Senyawa Asam Jawa ... 22

Tabel 4. Data Suhu Lingkungan... 34

Tabel 5. Data pH Sebelum dan Sesudah Fermentasi ... 35

Tabel 6. Tegangan Listrik ... 37

Tabel 7. Uji DMRT Pengaruh Buah-Buahan Terhadap Tegangan Listrik ... 39

Tabel 8. Uji DMRT Pengaruh Fermentasi Terhadap Tegangan Listrik ... 40

Tabel 9. Data Arus ... 41

Tabel 10. Uji DMRT Arus ... 43

Tabel 11. Data Daya ... 44

Tabel 12. Uji DMRT Daya... 46

Tabel 13. Data Hambatan Larutan ... 47

Tabel 14. Uji DMRT Pengaruh Buah-Buahan Terhadap Hambatan Larutan ... 51

Tabel 15. Uji DMRT Pengaruh Fermentasi Terhadap Hambatan Larutan ... 51

Tabel 16. Data Energi Listrik ... 52

Tabel 17. Uji DMRT Energi Listrik ... 54

Tabel 18. Lama Nyala LED ... 55

vi

Gambar 1. Buah Sirsak ... 18

Gambar 2. Buah Mangga ... 20

Gambar 3. Asam Jawa... 22

Gambar 4. Interaksi Perlakuan Terhadap Tegangan Listrik ... 40

Gambar 5. Interaksi Perlakuan Terhadap Arus ... 44

Gambar 6. Interaksi Perlakuan Terhadap Daya ... 47

Gambar 7. Interaksi Perlakuan Terhadap Hambatan Larutan ... 52

Gambar 8. Interaksi Perlakuan Terhadap Energi Listrik ... 54

Latar Belakang

Kebutuhan listrik yang meningkat dapat dilihat dari banyaknya desa-desa yang belum memperoleh listrik serta kualitas aliran listrik yang hanya dapat bertahan beberapa jam (terjadi pemadaman listrik). Diakhir tahun 2019 kapasitas pembangkit listrik nasional yang terpasang sebesar 69,6 GW atau hampir mendekati 70 GW dengan harapan tahun 2024 dapat meningkat sebesar 35000 MW atau 20,62 GW dapat terpenuhi. Oleh karena itu, pada tahun 2020 pemerintah memberi anggaran sebesar 133,9 miliar rupiah dengan kata lain anggaran tahun 2020 meningkat sebesar 34,7% dari anggaran tahun 2019 (Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan, 2020). Pada tahun 2019 juga tercatat bahwa rasio elektrifikasi di Indonesia juga telah mengalami peningkatan yaitu sebesar 98,89% (Badan Pusat Statistik, 2020). Meningkatnya rasio elektrifikasi di Indonesia adalah bukti bahwa telah banyak upaya yang dilakukan pemerintah untuk pemenuhan kebutuhan listrik dan tetap mengembangkan alternatif lain dalam meningkatkan dan menstabilkan rasio elektrifikasi yang ada di Indonesia.

Seiring semakin banyaknya energi listrik yang dibutuhkan, sehingga diperlukan inovasi terbaru yang dapat menciptakan energi listrik alternatif seperti buah-buahan yang dapat digunakan dalam masyarakat luas. Atina (2015) mengatakan bahwa sifat elektrolit dapat menghasilkan listrik jika buah memiliki sifat asam.

Kandungan asam dan air terdapat pada buah-buahan, maka saat dua buah logam yang berbeda dimasukan ke dalam larutan buah-buahan maka terjadi perbedaan potensial logam dengan air, hal ini yang akan menyebabkan terjadinya potensial elektroda

sehingga menghasilkan arus listrik. Dapat dilihat prinsip dari sel volta sejalan dengan konsep ini, bahwa buah-buahan memiliki potensi untuk dijadikan sumber energi listrik alternatif.

Buah-buahan yang memiliki pH rendah merupakan buah-buahan yang memiliki tingkat keasaman yang tinggi. Buah yang memiliki pH rendah atau memiliki tingkat keasaman yang tinggi, memiliki kemampuan dalam menghasilkan energi listrik. Sebab, semakin rendah pH maka buah akan semakin asam yang menyebabkan kuat tegangan dan arus listrik yang dihasilkan lebih tinggi (Miranda dan Afrida, 2018). Sehingga untuk meningkatkan keasaman buah tersebut dilakukan proses fermentasi. Fermentasi berfungsi dalam menghasilkan keasaman pada bahan, karena zat-zat produk akhir termasuk sejumlah besar asam laktat, asam asetat, serta sejumlah kecil asam organik (Sudarmadji, dkk., 1989).

Buah sirsak memiliki tingkat keasaman yang tinggi, karena memiliki pH yaitu sebesar 5,45 yang tergolong rendah (Epinosa, dkk., 2012). Kandungan asam dalam buah sirsak yaitu seperti asam askorbat, asam malat, asam sitrat (Okigbo dan Obire, 2009). Buah mangga tergolong memiliki pH rendah yaitu sebesar 3,9-4,6 (Penteado, 2017), dan kandungan asam yang dimiliki yaitu asam askorbat, asam gallat, asam klorogenat, asam vanili, asam ferulat (Vithana, dkk., 2018). Asam jawa memiliki tingkat keasaman yang tinggi karena memiliki pH di bawah 4 yang tergolong rendah (Nassereddin dan Yamani, 2005). Menurut Bustan (2008) mengatakan bahwa terdapat kandungan asam organik dalam asam jawa, yaitu asam sitrat, asam tartrat, asam malat.

pH rendah yang dimiliki buah sirsak, mangga, dan asam jawa menyebabkan kandungan asam yang tinggi pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa. Karena kandungan asam yang dimiliki setiap buah-buahan tersebut, menyebabkan buah sirsak, mangga, dan asam jawa berpotensi dalam menghasilkan energi listrik. Oleh karena itu, penelitian terhadap potensi listrik yang dihasilkan buah sirsak, mangga, dan asam jawa perlu dilakukan dengan memvariasikan waktu fermentasi.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan energi listrik dengan menguji potensi buah-buahan terhadap kuat arus, tegangan, daya, hambatan larutan, dan energi listrik yang dihasilkan.

Batasan Masalah

Penelitian ini hanya membahas lama fermentasi pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa dengan jangka waktu 9 hari, 11 hari dan 13 hari.

Manfaat Penelitian

1. Bagi penulis, sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik Pertanian Dan Biosistem Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.

2. Bagi mahasiswa, sebagai media informasi dalam melaksanakan penelitian tentang penghasil energi listrik.

3. Bagi masyarakat, sebagai penambah wawasan mengenai energi listrik yang dapat dihasilkan oleh buah.

Energi Listrik Alternatif

Menurut Elfiano, dkk., (2014) menyatakan bahwa suatu energi dapat dijadikan sebagai energi alternatif jika energi tersebut dapat diperbaharui, memiliki jumlah yang melimpah, harga yang dapat dijangkau masyarakat sehingga dapat mengimbangi sumber energi yang semakin menipis.

Sumber energi terbarukan disebut juga sebagai sumber energi yang ramah terhadap lingkungan, sebab tidak ada pencemaran lingkungan seperti penyebab terjadinya perubahan iklim serta panas global yang dihasilkan. Karena sumber dari hasil energi merupakan proses berkepanjangan dari alam, contohnya angin, sinar matahari, air, panas bumi, biofuel (Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2018).

Energi alternatif adalah salah satu pemanfaatan energi dengan menggantikan bahan baku yang berasal dari buah, sayur, maupun dari limbah buah dan sayur.

Karena keberadaanya yang tergolong banyak serta ramah lingkungan, maka bahan baku tersebut layak digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi (Markandya, 2007).

Energi listrik yang dihasilkan pada penelitian Kamilah, dkk., (2020) yang berbahan baku buah kedondong dan limbah kulit pisang ambon untuk mengetahui tegangan, arus, dan kondisi LED dengan perbedaan massa bahan baku dan waktu fermentasi. Diperoleh bahwa besarnya suatu tegangan dan arus listrik yang didapat

dipengaruhi oleh lama fermentasi yang dilakukan. Dengan perpaduan antara kedua bahan baku dengan waktu fermentasi selama 24 jam diperoleh tegangan sebesar 3,84 Volt, arus sebesar 2,13 mA dan LED menyala terang.

Pemanfaatan buah-buahan sebagai penghasil energi listrik juga dapat dilakukan dengan adanya bantuan dari elektroda seng (Zn) adalah anoda juga tembaga (Cu) adalah katoda. Penelitian yang dilakukan oleh Kholida dan Pujayanto (2015) jeruk nipis mampu menghasilkan kuat arus listrik sebesar 1,22 mA. Pada penelitian Nurhayati dan Maina (2019) menggunakan bahan baku nanas untuk menghasilkan energi lisrik juga telah dilakukan, bahwa jika massa bahan baku bertambah dan tingkat keasaman pada bahan besar maka tegangan listrik yang dihasilkan juga meningkat.

Energi Listrik

Energi listrik pada umumnya sering dimanfaatkan dalam kehidupan sehari- hari adalah energi listrik arus bolak-balik (AC) dan energi listrik searah (DC) hanya tersimpan di rentan waktu tertentu. Prinsip energi listrik bolak-balik (AC) yaitu sumbernya yang dapat diubah menjadi sumber listrik searah (DC) begitupun sebaliknya. Dilihat dari prinsip tersebut, maka dibutuhkaan suatu rangkaian disebut konverter maupun inverter untuk mengubah energi listrik DC menjadi AC (Suyanto, 2006).

Menurut Surhayati, dkk., (2019) mengatakan bahwa pada tahun 2050 adanya peningkatan permintaan akan kebutuhan energi listrik pada sektor rumah tangga yaitu naik sebesar dari 60% pada tahun 2018 menjadi 90% di tahun 2050. Hal itu terjadi

karena kegunaannya seperti menggerakkan motor dan suatu peralatan mekanik, lampu penerangan, memanaskan, dan mendinginkan yang berguna dalam menciptakan energi dalam bentuk yang berbeda (Widjayanti, 2007).

Terjadinya aliran listrik karena adanya perbedaan potensial antara potensial tinggi dan potensial rendah, dimana listrik akan berpindah ke daerah potensial tinggi dari potensial rendah melalui suatu penghantar (Lubis, dkk., 2020). Besarnya energi listrik dapat dihitung menggunakan rumus pada Persamaan 1:

E = P × t ... (1) Dimana: E = Energi listrik yang dihasilkan (Wh)

P = Daya (W)

t = Lama waktu nyala LED (h)

Tegangan Listrik (Voltage)

Tegangan listrik sering juga disebut dengan beda potensial (voltage) yaitu adanya suatu kerja yang dilakukan dengan kegunaan sebagai penggerak suatu muatan (satu coulomb) pada suatu elemen maupun suatu komponen yang berasal pada satu kutup/terminal ke satu kutup lain maupun terhadap kedua kutup/terminal yang memiliki perbedaan potensial ketika digerakkan atau dipindahkan ke kutup terminal lainnya (Dinata dan Sunanda, 2015). Lubis, dkk., (2020) juga berpendapat bahwa terdapat perbedaan pada nilai potensial yang terjadi pada suatu rangkaian di antara dua titik disebut dengan tegangan.

Beda potensial merupakan suatu penentu dimana besar arus yang akan mengalir dengan satuan volt. Sehingga sebuah konduktor dinyatakan memiliki beda

potensial semakin besar jika arus yang mengalir juga besar. Hal ini sesuai dengan hukum Ohm yang berbunyi bahwa besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial/tegangan (V) dan akan berbandig terbalik dengan hambatan (R).

Pada penelitian Nurhayati dan Maina (2019) dalam mengukur tegangan listrik pada buah nanas sebagai energi alternatif dilakukan dengan cara sebuah koin yang bagian bawahnya telah ditancapkan pada sebuah paku, yang kemudian akan ditancapkan pada sebuah nanas. Kemudian, voltmeter akan dihubungkan dari koin dan paku, sehingga diperoleh tegangan listrik yang dihasilkan dari voltmeter tersebut.

Arus Listrik (Electrical Current)

Arus listrik merupakan suatu gerakan muatan listrik di dalam suatu penghantar dalam satu arah yang terjadi karena pengaruh gaya yang berada diluar.

Muatan listrik yaitu berupa elektron, ion atau keduanya yang terjadi karena adanya media yaitu media zat padat, zat cair, dan gas. Karena pada umumnya pergerakan muatan suatu zat atau bahan memiliki arah yang tidak menentu. Hantaran listrik pada larutan elektrolit ialah hantaran elektron-elektron dari elektroda negatif ke elektroda positif dengan diangkut oleh ion-ion elektrolit. Arus listrik juga akan mengalir pada sebuah bahan listrik sehingga akan menimbulkan suatu energi maupun usaha (Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013).

Terbentuknya suatu arus listrik karena terdapat aliran bermuatan listrik yang mengalir dalam suatu daerah tertentu. Arus listrik dikelompokkan atas dua bagian yaitu arus listrik searah (direct current) atau arus yang mengalir searah (satu arah)

dan arus listrik bolak-balik (alternathing voltage) atau arus yang selalu berbalik arah pada setiap interval tertentu (Gideon dan Saragih, 2019).

Kholida dan Pujayanto (2015) mengatakan bahwa untuk mengukur suatu kuat arus listrik pada larutan elektrolit dapat menghubungkan amperemeter yang telah terhubung dengan elektroda Cu dan Zn. Sehingga, untuk mengetahui suatu arus listrik dalam menciptakan energi listrik alternatif dengan menggunakan bahan buah-buahan sebagai larutan elektrolit dapat diketahui dengan menghubungkan ampermeter dengan elektroda yaitu Cu dan Zn.

Daya Listrik (Power)

Daya listrik atau sering disebut daya atau power memiliki satuan yaitu watt.

Alat yang digunakan untuk mengukur suatu daya pada komponen elektronik adalah wattmeter. Wattmeter memiliki fungsi yaitu sebagai alat untuk mengetahui besarnya daya yang terdapat pada suatu rangkaian elektrik yang memiliki hubungan terhadap efisiensi dan hemat energi (Kuswanto, 2010). Daya listrik juga dapat dihitung dengan Persamaan 2:

P = V × I... (2) Dimana: P = Daya (W)

V = Tegangan (V) I = Arus (A)

Daya listrik atau efisiensi dari suatu output ke input pada suatu rangkaian listrik bukan dipengaruhi terhadap faktor daya nya, tetapi faktor daya adalah suatu ukuran yang sebenarnya terhadap suatu kapasitas pada sistem tenaga listrik yang

digunakan (Dinata dan Sunanda, 2015).

Elektron yang membawa energi akan bergerak terhadap satuan waktu yang disebut dengan daya listrik. Energi listrik mampu terkonversi ke energi lain dengan wujud yang berbeda karena terdapat aliran arus dalam rangkaian tersebut (Atina, 2015). Seperti pada penelitian Mujadi (2018) tentang potensi energi listrik dari buah- buahan, dimana arus yang dihasilkan akan semakin besar terdapat pada rangkaian paralel, dimana perolehan daya pada rangkaian seri maupun rangkaian paralel terpengaruh pada arus dan tegangan. Dengan kata lain, jika terdapat banyak rangkaian, maka daya dan arus yang dihasilkan cenderung konstan.

Daya hantar suatu listrik tidak pernah stabil atau akan selalu berubah-ubah sesuai dengan konsentrasi larutannya. Jika konsentrasi larutannya tinggi maka daya hantar listriknya juga tinggi, atau daya hantar listrik akan berbanding lurus dengan konsentrasi larutannya (Gomaa, dkk., 2016).

Hambatan Larutan

Suatu hambatan akan terjadi pada aliran listrik yang memiliki fungsi yaitu sebagai penghambat dan juga sebagai pengatur terhadap besar nilai arus listrik yang mengalir atau sering juga disebut resistansi (Lubis, dkk, 2020). Hambatan listrik adalah perbandingan antara tengangan listrik dengan arus listrik, dapat dihitung menggunakan rumus pada Persamaan 3:

R = ^V

I………..… (3)

Dimana: V = Tegangan (V) I = Kuat arus (A) R = Hambatan (Ohm)

Besarnya suatu hambatan pada suatu kawat penghantar memiliki nilai yang sebanding terhadap panjang kawat penghantar pada suatu kawat, atau dengan kata lain besarnya suatu hambatan terjadi jika semakin panjang suatu penghantar. Hal ini berbanding lurus dengan hambatan pada jenis kawat dan akan memiliki nilai yang berbanding terbalik terhadap luas penampang kawat (Armera, 2018). Hartono (2018) juga berpendapat bahwa dalam mengalirkan suatu arus listrik maka setiap pengahantar memiliki besar hambatan yang berbeda-beda.

Hambatan dalam suatu larutan elektrolit berasal dari gaya elektrostatik antara ion-ion atau juga berasal dari gesekan dan tumbukan antara ion dan molekul larutan.

Sama halnya dengan elektron bebas dalam konduktor mengalami hambatan dalam menghantarkan arus listrik, hal itu juga terjadi didalam larutan elektrolit (Ratnasari, 2020).

Daya hantar listrik berhubungan dengan pergerakan suatu ion dalam larutan ion yang mudah bergerak mempunyai daya hantar listrik yang besar. Daya hantar listrik (G) pada larutan adalah ukuran seberapa kuat suatu larutan dalam menghantarkan listrik. Daya hantar listrik atau konduktivitas (G) didefenisikan sebagai kebalikan dari hambatan pada larutan antara dua elektroda di dalamnya (Rezki, dkk., 2019). Sehingga untuk memperoleh nilai hambatan larutan dapat menggunakan Persamaan 4:

G = ¹

R => Sehingga R_larutan = ¹

G ……….…… (4)

Dimana: R_larutan

=

Ohm

Menurut Dole (1935) nilai daya hantar listrik (G) dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 5:

G = ¹⁰⁰⁰

C

×

_{R × A}^L => Atau G = ^{1000 × K}

C ……….………. (5)

Dimana: G = Daya hantar listrik (Ohm^-1cm^-1) C = Konsentrasi larutan (mol/liter)

Untuk memperoleh nilai daya hantar jenis larutan (K), dapat menggunakan rumus pada Persamaan 7:

R = ^L

A

× ρ

=> Atau R = ^L

A

×

_K¹ ………... (6) 1

K = R

×

^A_L

=>

^{Sehingga K =} _{R ×A}^L ……….. (7) Dimana: L = Jarak antar elektroda (cm)

R = Hambatan listrik (Ohm) A = Luas wadah (cm²)

ρ = tahanan jenis penghantar (Ohm cm) K = Daya hantar jenis larutan (Ohm^-1cm^-1) Elektrokimia

Elektrokimia merupakan proses kimia yang disebut dengan reaksi reduksi-

oksidasi (redoks) yang dapat mengakibatkan terjadinya tegangan listrik atau reaksi kimia yang menghasilkan energi listrik dengan bagian paling penting yaitu elektroda dan larutan elektrolit (Marianti, dkk., 2021).

Sebuah sel terdapat anoda sebagai elektroda tempat berlangsungnya oksidasi dan katoda sebagai tempat berlangsungnya reduksi, dan lauruan elektrolit untuk menghantarkan arus. Larutan elektrolit dianggap seperti resistor dalam suatu sirkuit, sehingga ukuran dari sifat-sifat larutan adalah tahanan resistor, mengikuti hukum Ohm (Bird, 1993).

Proses terjadinya listrik pada larutan elektolit dengan bantuan elektroda yaitu, saat dua buah konduktor seperti Cu-Zn terhubung melalui larutan dengan konsentrasi pembawa muatan positif dan negatif tidak seimbang, maka satu jenis pembawa muatan akan terkumpul pada satu konduktor dan lainnya akan terkumpul pada konduktor lain, sehingga di kedua ujung konduktor tersebut terdapat beda potensial.

Karena pada kedua ujung konduktor terjadi reaksi redoks terus menerus, maka akan terjadi pertukaran pembawa muatan dari elektroda ke larutan elektrolit maupun sebaliknya yaitu dari larutan elektrolit ke elektroda, menyebabkan aliran pembawa muatan (arus listrik) pada rangkaian kedua elektroda tersebut, dengan kata lain gaya gerak listrik dari sel merupakan hasil perubahan energi kimia melalui reaksi redoks Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s) (Landis, 1909).

Reaksi kimia pembentukan listrik pada larutan elektrolit atau senyawa asam seperti asam sulfat (H₂SO₄) dengan bantuan elektroda Cu dan Zn adalah sebagai berikut (Suryaningrat, 2006) :

Katoda : Cu(s) + 4H⁺ + SO₄²⁻(aq) + 2e⁻ → CuSO₄(s) + 2H₂O(l) Anoda : Zn(s) + SO₄²⁻(aq) → ZnSO₄(s) + 2e⁻

Reaksi : Zn(s) + Cu(s) + 4H⁺(aq) + 2SO₄²⁻(aq) → ZnSO₄(s) + CuSO₄(s) + 2H₂O(l)

Elektroda

Elektroda disebut juga sebagai konduktor dengan fungsi sebagai media non logam dari sirkuit seperti semikonduktor maupun elektrolit. Elektoda memiliki dua jenis yaitu elektroda yang bermuatan positif dan elektroda bermuatan negatif. Pada penelitian ini menggunakan elektroda tembaga (Cu) dan seng (Zn). Menurut Hendri, dkk., (2015) bahwa dari deret sel volta logam Cu memiliki nilai potensial lebih besar dibandingkan Zn, Al, dan Fe, sehingga dapat digunakan sebagai elektroda positif, dan logam yang memiliki nilai potensial yang rendah digunakan sebagai elektroda negatif yaitu Zn. Maka, saat dua buah elektroda diberikan, larutan elektolit akan menghasilkan ion-ion yang bergerak yang menyebabkan terjadinya transfer elektron dari anoda ke katoda, sehingga menghasilkan arus dan tegangan.

Pada penelitian Yulianti, dkk., (2017) tentang analisis kelistrikan sel volta dengan memanfaatkan logam bekas diperoleh bahwa pasangan elektroda Cu-Zn memiliki nilai tegangan paling besar pada pengukuran tanpa beban dan menghasilkan daya paling besar pada pengukuran dengan beban. Menurut Pauzi, dkk., (2016) juga berpendapat bahwa pasangan elektroda Cu-Zn mampu menghasilkan tegangan listrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan pasangan elektroda C-Zn, dan Cu-Al. Fadli, dkk., (2012) menunjukkan bahwa Cu dan Zn dapat digunakan sebagai elektroda pada pengukuran kelistrikan larutan buah nanas.

Priyantoro, dkk., (2012) berpendapat bahwa aspek lingkungan merupakan suatu media korosi yang dapat mempercepat terjadinya korosi. Faktor yang mempengaruhi korosi adalah aspek lingkungan seperti oksigen, kecepatan media, garam terlarut, temperatur, kadar keasaman. Korosi disebabkan lingkungan alam yang ditandai dengan perubahan energi dan menyebabkan kerugian material. Laju korosi elektroda dalam larutan elektrolit (garam dan asam) tanpa adanya kontak listrik menjadi sangat lambat, sedangkan bila terdapat kontak listrik laju korosi akan meningkat cepat. Laju korosi yang tinggi akan menghambat keberlangsungan produksi energi listrik yang dihasilkan oleh sel elektrokimia (Pauzi, dkk., 2015).

Fermentasi

Suprihatin (2010) mengatakan terjadinya proses perombakan kimia terhadap substrat organik karena ada aktivitas enzim yang didapat dari mikroorganisme dinamakan proses fermentasi. Fermentasi sendiri berfungsi menghasilkan keasaman pada bahan, karena zat-zat produk akhir termasuk sejumlah besar asam laktat, asam asetat, etanol, serta sejumlah kecil asam organik volatil, alkohol, dan ester (Sudarmadji, dkk., 1989).

Pada karbohidrat yang mengandung glukosa, apabila dicampur dengan air dan didiamkan tanpa adanya udara selama beberapa waktu maka akan terjadi fermentasi yang menghasilkan etanol. Etanol yang tetap didiamkan akan teroksidasi menjadi asam asetat atau asam etanoat (Mushlisin, dkk., 2015).

C₆H₁₂O₆ (Glukosa) → CH₃CH₂OH (Etanol) + [O] → CH₃COOH (Asam asetat) Menurut Kunaepah (2008) faktor yang mempengruhi fermentasi suatu bahan

adalah substrat, suhu, pH, oksigen dan mikroba yang digunakan. Suhu lingkungan berpengaruh pada proses fermentasi karena dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba. Jika suhu lingkungan terlalu rendah dapat memperlambat proses fermentasi dan jika suhu terlalu tinggi dapat menyebabkan mikroba mati (Kumalasari, 2011).

Suhu penyimpanan atau suhu lingkungan menjadi salah satu faktor penting yang mempengaruhi ketahanan hidup bakteri. Oleh karena itu, dibutuhkan kondisi penyimpanan yang ideal untuk mempertahankan untuk mendapatkan manfaat dari kerja suatu probiotik (mikroorganisme atau bakteri) (Lee dan Salminen, 2009). Fuadi (2005) bahwa nilai pH sangat terkait dengan CO₂ yang berasal dari atmosfer dan udara sekitar menyebabkan substrat/larutan dipengaruhi oleh CO₂ yang dapat memicu perubahan pH pada bahan.

Tingkat keasaman yang tinggi pada suatu bahan akan memperoleh pH yang bernilai rendah, sedangkan jika suatu bahan memiliki tingkat keasaman yang rendah memiliki pH tinggi. Suatu bahan dikatakan memiliki pH asam adalah <7. Sehingga, semakin asam buah maka pH akan semakin rendah yang menyebabkan kuat tenggan dan arus listrik yang dihasilkan lebih tinggi (Miranda dan Afrida, 2018).

Nilai kelistrikan seperti arus dan tegangan akan semakin meningkat jika waktu yang digunakan untuk proses fermentasi juga lama. Ini karena adanya penurunan pH selama proses fermentasi berlangsung yang disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme yang semakin meningkat pada bahan, dan jika mikroorganisme semakin banyak yang aktif maka semakin lama juga waktu fermentasi yang berlangsung (Kunaepah, 2008). Proses fermentasi yang semakin lama menyebabkan

terjadinya peningkatan kadar total asam akibat adanya asam organik yang dihasilkan oleh metabolisme mikroba, diantaranyaasam laktat (Yusmarini, dkk., 2010). Menurut Widowati dan Misgiyarta (2003), asam laktat yang dihasilkan akan tersekresikan keluar sel dan akan terakumulasi dalam substrat sehingga meningkatkan keasaman, dengan kata lain asam laktat akan menurunkan nilai pH dari lingkungan dan menimbulkan rasa asam.

Mariance (2006) mengatakan bahwa lamanya waktu dalam fermentasi dapat menyebabkan terjadinya konduktivitas listrik yang semakin meningkat. Hal tersebut terjadi sebab sifat suatu larutan yang semakin asam. Suatu hantaran listrik dapat meningkat karena pada larutan terdapat konsentrasi H⁺ yang meningkat didalam cairan dan ion OH⁻ menurun. Sehingga lama waktu fermentasi dapat menghasilkan konduktivitas yang meningkat. Hal ini terjadi karena konduktivitas listrik memiliki kemampuan cairan untuk meghantarkan listrik yang berhubungan terhadap pergerakan ion pada larutan, yang mengakibatakan semakin asamnya sifat larutan.

Konduktivitas listrik yang besar menunjukkan bahwa ion mudah bergerak dalam larutan, karena adanya mobilitas ion, jumlah ion dan suhu yang mempengaruhi konduktivitas listrik dalam larutan.

Ragi (Sacaromyces cerevisiae)

Ragi adalah golongan khamir dengan pemanfaatkan senyawa gula hasil dari mikroorganisme selulotil didalam pertumbuhannya. Ragi banyak dimanfaatkan dalam pembuatan bir, roti, maupun anggur karena ragi mampu memfermentasikan beberapa jenis karbohidrat, mampu menciptakan enzim invertase, dengan kemampuan

mengubah sukrosa menjadi glukosa, fruktosa menjadi glukosa, alkohol dan karbondioksida (Agustining, 2012).

Klasifikasi ragi (Sacaromyces cerevisiae) yaitu:

Kerajaan : Fungi Divisio : Ascomycota Kelas : Saccharomycetes Ordo : Saccharomycetales Famili : Saccharomycetaceae Genus : Saccharomyces

Spesies : Saccharomyces cerevisiae

Ragi dapat dimanfaatkan pada proses fermentasi. Menurut Unika dan Astuti (2015) bahwa fermentasi menggunakan bahan ragi dapat digunakan dengan syarat:

- Memperhatikan kemampuan bertahannya dan perkembangbiakan suatu substrat.

- Memperhatikan kemampuan menghasilkan enzim dengan cepat ketika menghasilkan alkohol dengan mengubah glukosa.

- Kemampuan bertahan terhadap mikroorganisme lain

Ragi mengandung enzim zimase yang bertindak sebagai katalis untuk mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Glukosa dan fruktosa akan bereaksi dengan enzim invertase yang mengubahnya menjadi alkohol dan karbondioksida melalui fermentasi (Suherman, 2017). Kelebihan ragi yaitu lebih mudah beradaptasi dengan lingkungan, lebih tahan terhadap kadar alkohol tinggi, dan lebih mudah didapat (Azizah, dkk., 2012). Suhu pertumbuhan ragi yaitu antara 20-30°C (Fardiaz, 1992) dan akan tumbuh optimal pada kisaran suhu 30-35°C (Kumalasari, 2011).

Sirsak (Annona muricata)

Sirsak (Annona muricata) adalah tumbuhan dengan negara asal Karibia, Amerika Tengah, Amerika Selatan khususnya pada Amzon dan juga di Polinesia.

Tanaman sirsak juga banyak tumbuh di daerah tropis.

Gambar 1. Buah Sirsak Klasifikasiasi sirsak (Annona muricata) yaitu:

Kerajaan : Plantae

Divisio : Spermatophyta Klas : Dicotyledonae Ordo : Polycarpiceae Famili : Annonaceae Genus : Annona

Spesies : AnnonamuricataLinn Tabel 1. Kandungan Senyawa Buah Sirsak

Kandungan Senyawa Jumlah Kandungan (%)

Fosfor 0,027

Sukrosa 2,57

Dekstrosa 5,05

Asam Askorbat 46,2

Asam Malat 0,67

Asam Sitrat Levulosa

1 0,04 Sumber : Okigbo dan Obire, (2009).

Menurut Astawan (2011) bahwa buah sirsak memiliki ukuran yang tergolong besar yaitu 20-30 cm serta bobot pada buah sirsak yaitu 2,5 kg. Buah sirsak juga mengandung kalsium, besi, fosfor, asam askorbat serta memiliki 86% kandungan air (Ramadhani, 2016). Di dalam 100 gram sari buah sirsak terdapat kandungan polifenol 98,18 mg, vitamin C 0,77% dan antioksidan 282,61 ppm.Vitamin C (asam askorbat) banyak terdapat pada buah sirsak, karena terdapat senyawa polifenol yang tinggi.

Kandungan buah sirsak seperti steroid/terpenoid, flavonoida, kumarin, alkaloid, serta tannin. Fungsi dari flavonoida adalah anti diabetes, antioksidan terhadap penyakit kanker, anti mikroba, anti virus (Adri, 2013). Kardian (2004) mengatakan bahwa kandungan senyawa kimia yang terdapat pada sirsak yang dapat dijadikan sebagai obat-obatan tradisonal adalah seperti tannin, alkaloid, dan flavonoid yang banyak didapatkan pada akar, biji, dan buah sirsak. Dari Tabel 1 diketahui bahwa kandungan asam yang tinggi pada buah sirsak, membuat buah sirsak memiliki potensi untuk dijadikan sebagai energi listrik (Prasetyorini, dkk., 2014).

Mangga (Mangifera indica L)

Mangga (Mangifera indica L) yaitu tanaman musiman dari India lalu tersebar ke wilayah Asia Tenggara salah satunya adalah Indonesia. Salah satu potensi yang dimiliki mangga adalah tingkat keanekaragaman yang tinggi yang menyebabkan mangga dapat dikembangkan. (Nilasari, dkk., 2013).

Gambar 2. Buah Mangga Klasifikasi mangga (Mangifera indica L) yaitu:

Kerajaan : Plantae Divisio : Magnoliophyta Klas : Mangoliopsida Ordo : Sapindales Famili : Anacardiaceae Genus : Mangifera

Spesies : Mangifera indica L.

Tabel 2. Kandungan Senyawa Buah Mangga

Kandungan Senyawa Jumlah Kandungan (%)

Lupeol 1,209

Mangiferin 0,42

Asam Gallat 0,6

Asam Klorogenat 2,719

Asam Vanili 2,2

Asam Ferulat Asam Askorbat Karotenoid

1,04 3 0,321 Sumber : Vithana, dkk., (2018).

Buah mangga memiliki rasa manis dan asam serta mengandung vitamin C (asam askorbat). Kandungan fitokimia tanaman mangga (Mangifera indica L)

kebanyakan berupa senyawa fenol yang terdapat pada buah, biji, daun, kulit batang (Dorta, dkk., 2012). Menurut Rahmalia (2013) bahwa air yang terkandung pada buah mangga sebesar 80%, kandungan gula 15-20% dan vitamin A, B1, B2, C.

Dari Tabel 2 kandungan asam yang terdapat dalam buah mangga dapat dikatakan bahwa buah manga memiliki potensi untuk dijadikan sebagai penghasil energi listrik alternatif, karena kandungan asam yang terdapat pada buah mangga memungkinkan untuk dijadikannya bahan elektrolit dalam penghasil energi listrik.

Sadad dan Iswanto (2010) juga mengatakan bahwa kandungan asam yang terdapat pada buah mangga jika terhubung pada tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat memperoleh suatu energi listrik dan kandungan dari satu buah mangga jika diukur dengan multimeter dapat menghasilkan suatu tegangan listrik 118 mV.

Asam Jawa (Tamarindus indica)

Asam jawa (Tamarindus indica) adalah tanaman dengan Negara asal yaitu Afrika yang berkembang di India, Sudan Pakistan, Filipina, Spanyol, Meksiko, Indonesia. Tanaman asam jawa tumbuh di daerah tropis dan subtropis. Asam jawa juga memiliki banyak manfaat dalam kesehatan, seperti mampu dalam menurunkan demam, menyembuhkan konstipasi, penyakit asma, diabetes, meredakan rasa mual saat mengandung, flatulen untuk meredakan rasa gatal, penurunan berat badan, dan pengobatan penyakit paru-paru. Kandungan senyawa yang dimiliki oleh asam jawa seperti flavanoid dan polyphenol yang dapat dijadikan sebagai obat anti diabetes (Jindal, dkk., 2011).

Gambar 3. Asam Jawa Klasifikasi Asam jawa (Tamarindus indica) yaitu:

Kerajann : Plantae

Divio : Spermatophyta

Klas : Magnoliopsida

Ordo : Fabales

Famili : Fabaceae Genus : Tamarindus L.

Spesies : Tamarindus indica L.

Tabel 3. Kandungan Senyawa Asam Jawa

Kandungan Senyawa Jumlah kandungan (%)

Fenol 5,2

Glikosida 50

Asam Malat 12,18

Asam Tartarat Asam Uronat Asam Asetat Asam Sitrat Asam Format Asam Suksinat

12,18 5,4

8 12,18

16 4,3

Galaktosa 28

Pektin Arabinosa Xylosa

1,24 1,5 16 Sumber : Putri, (2014).

Menurut Bhadoriya, dkk., (2011) mengatakan bahwa kandungan dalam asam jawa yaitu protein, asam amino essensial, karbohidrat. Asam jawa juga mengandung mineral yang tinggi, kalsium, kalium, magnesium. Dari Tabel 3 menunjukkan bahwa kandungan dalam asam jawa dapat dimanfaatkan sebagai penghasil energi listrik terutama kandungan asam pada daging buah. Kandungan asam yang terdapat pada asam jawa inilah yang menjadikan asam jawa memiliki potensi untuk menghasilkan energi listrik.

LED (Light Emiting Diode)

LED (Light Emiting Diode) yaitu jenis dioada atau piranti semikonduktor yang dapat memancarkan cahaya saat diberikan bias maju yang dapat berfungsi menyearahkan arus listrik. Saat LED dialiri dengan tegangan maju dari anoda (P) ke katoda (N) terjadi elekron yang berlebih pada tipe N, sehingga akan terjadi perpindahan material dari wilayah yang memiliki hole (lubang) berlebih yaitu wilayah yang memiliki muatan positif. Maka saat terjadinya pelepasan photon, terjadi juga perjumpaan elektron dengan hole yang mengakibatkan terpancarnya cahaya monokromatik (satu warna) (Farid, 2014).

Menurut Kiswari dan Rahayu (2020) besarnya tegangan listrik untuk menyalakan suatu LED pada umumnya sebesar 1,5 volt. Penelitian Mujadi (2018) menghasilkan energi listrik dari jeruk nipis dan belimbing wuluh, bahwa lampu LED dapat menyala jika terdapat tegangan yang besar yang dihasilkan, dan terdapat 3-4 buah rangkaian seri dari kedua produk tersebut yaitu interval ≥ 2,0 volt.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September sampai November 2021 di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Program Studi Teknik Pertanian dan Biosistem Fakultas Pertanian Universitas Sumatera utara.

Bahan dan Alat Penelitian

Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu buah sirsak, mangga, dan asam jawa masing-masing sebanyak 3 kg dengan tingkat kematangan ≤50%

yang berfungsi sebagai bahan elektrolit, lampu LED hijau berfungsi sebagai beban nyata, aquades, gula pasir, ragi, berfungi sebagai campuran pembuatan substract, tissue sebagai pembersih wadah, label berfungsi sebagai penanda setiap toples.

Adapun alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu blender listrik berfungsi untuk menghaluskan buah-buahan, timbangan berfungsi untuk mengukur massa buah-buahan, multimeter digital berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan listrik, kabel penghubung berfungsi untuk menghubungkan elektroda dengan elektrolit, baskom berfungsi untuk wadah buah-buahan yang telah dihaluskan, toples berfungsi sebagai wadah buah-buahan saat fermentasi, selotip berfungsi untuk merekatkan toples, pisau berfungsi untuk memotong buah-buahan, elektroda (Cu dan Zn) yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik, stopwatch berfungsi untuk mengatur waktu pengukusan, gelas ukur berfungsi untuk mengukur aquades dan larutan, pH meter berfungsi untuk mengukur pH buah-buahan, wadah berfungsi sebagai tempat larutan

buah-buahan saat pengukuran kelistrikan.

Metode Penelitian Rancangan Percobaan

Penelitian ini menggunakan metode Rancang Acak Lengkap (RAL) pola faktorial yang terdiri dari dua faktor, yaitu:

1. Faktor Pertama : Jenis buah-buahan (B) B1 : Buah sirsak

B2 : Buah mangga B3 : Buah asam jawa

2. Faktor Kedua : Lama fermentasi (F) F1 : 9 hari

F2 : 11 hari F3 : 13 hari

Jumlah kombinasi perlakuan sebanyak (Tc) = 3 × 3 = 9. Dimana untuk menentukan banyaknya ulangan percobaan menurut Hanafiah (2005) dapat dirumuskan pada Persamaan 8:

Tc (n-1) ≥ 15... (8) Dengan : Tc = banyak perlakuan

n = banyak pengulangan 15 = derajat kebebasan umum Tc (n-1) ≥ 15

9 (n-1) ≥ 15 9n - 9 ≥ 15

9n ≥ 24 n ≥ 2,66 n = 3

Maka, pengulangan yang dilakukan sebanyak 3 kali, dimana kombinasi perlakuannya yaitu:

B1F1 B2F1 B3F1

B1F2 B2F2 B3F2

B1F3 B2F3 B3F3

Model sistematis untuk Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial dirumuskan pada Persamaan 9:

Y_ijk = µ + α_i + ß_j + (αß)_ij+ Ɛ_ijk... (9) Keterangan :

Y_ijk : Pengamatan pada perlakuan terhadap buah-buahan (B) ke-i, waktu fermentasi (F) ke-j, dan ulangan ke-k.

µ : Rataan umum.

α_i : Perlakuan terhadap buah-buahan (B) ke-i.

ß_j : Perlakuan terhadap waktu fermentasi (F) ke-j.

(αß)_ij : Pengaruh perlakuan terhadap buah-buahan (B) ke-i dan terhadap waktu fermentasi (F) ke-j.

Ɛ_𝑖jk : Pengaruh galat percobaan dari perlakuan buah-buahan (B) ke-i, waktu fermentasi (F) ke-j, dan ulangan ke-k.

Apabila hasil analisis sidik ragam (ANOVA) berpengaruh nyata pada taraf

5% serta sangat nyata pada taraf 1%, sehingga dilakukan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT) untuk Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial. Kegunaan uji DMRT adalah agar mengetahui pengaruh antar perlakuan.

Prosedur Penelitian

Berikut tahap-tahap pengujian yang dilakukan yaitu:

Tahap persiapan

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Membersihkan buah sirsak, mangga, dan asam jawa dengan air, kemudian ditiriskan.

3. Memisahkan kulit, biji dan buah dari buah sirsak, mangga, dan asam jawa, lalu dipotong kecil-kecil dengan ukuran 1×1 cm.

4. Mengukus buah sirsak selama 15 menit, mangga dan asam jawa selama 30 menit.

5. Mendinginkan buah sirsak, mangga, dan asam jawa diruangan terbuka hingga benar-benar dingin.

6. Menghaluskan buah sirsak, mangga, dan asam jawa menggunakan blender secara terpisah.

Tahap fermentasi dan kontinuitas waktu

1. Membuat media tumbuh jamur (Substract), dimana substract berasal dari campuran gula pasir, ragi (Sacaromyces, sp), dan aquades.

2. Memasukkan 134 gram gula pasir, 1300 ml aquades, dan 74 gram ragi (sacaromyces, sp) ke dalam toples (untuk satu toples).

3. Mendiamkan substract selama 8 jam.

4. Membagi bubur buah sirsak, mangga, dan asam jawa ke dalam toples dengan massa 1000 gram.

5. Mengukur pH bubur buah sirsak, mangga dan asam jawa untuk mengamati nilai tegangan serta kuat arus yang didapatkan.

6. Memasukkan substract ke dalam toples yang berisi bubur buah sirsak, mangga dan asam jawa.

7. Menutup toples dengan selotip serta dipastikan tidak ada pengaruh lingkungan.

8. Menandai setiap wadah dengan lama waktu fermentasi yang berbeda menggunakan lebel.

9. Melihat larutan secara berkala serta kontiniu yaitu 9 hari, 11 hari, dan 13 hari.

Pengukuran sifat kelistrikan

1. Membuka toples yang berisi larutan dan diukur pH setelah selesai proses fermentasi menggunakan pH meter.

2. Memasukkan sebanyak 300 ml larutan buah sirsak, mangga, dan asam jawa pada wadah yang berjumlah 7 buah untuk merangkai rangkaian seri.

3. Memasukkan sepasang elektroda (Cu dan Zn) yang sudah terhubung dengan kabel penghubung pada ketujuh wadah yang berisi larutan buah sirsak, mangga, dan asam jawa.

4. Menghubungkan multimeter digital pada elektroda (Cu dan Zn) yang terhubung dengan kabel penghubung pada ketujuh wadah yang berisi larutan buah sirsak, mangga, dan asam jawa.

5. Mencatat hasil pengukuran kuat arus dan tegangan yang dihasilkan rangkaian

listrik yang muncul pada multimeter digital pada wadah yang berisi larutan buah- buahan.

6. Menghubungkan lampu LED hijau dengan rangkaian seri sebagai beban nyata dan dicatat lama waktu nyala LED hijau.

7. Menghitung nilai daya, hambatan larutan, dan energi listrik yang dihasilkan pada rangkain seri menggunakan rumus yang sudah ditetapkan.

8. Mengulangi kegiatan setiap lama waktu fermentasi yang telah ditetapkan.

Parameter Penelitian 1. Tegangan Listrik

Tegangan listrik yang dihasilkan larutan buah-buahan pada rangkaian dapat diukur langsung menggunakan multimeter digital, yaitu dengan menghubungan kabel positif ke katoda (Cu) dan kabel negatif ke anoda (Zn) yang terhubung dengan multimeter digital, lalu mengarahkan switch range pada multimeter digital ke arah kiri, sehingga nilai tegangan listrik akan muncul pada layar LCD multimeter digital.

2. Arus Listrik

Arus listrik yang dihasilkan larutan buah-buahan pada rangkaian dapat diukur langsung menggunakan multimeter digital, yaitu dengan menghubungan kabel positif ke katoda (Cu) dan kabel negatif ke anoda (Zn) yang terhubung dengan multimeter digital, lalu mengarahkan switch range pada multimeter digital ke arah kanan, sehingga nilai arus listrik akan muncul pada layar LCD multimeter digital.

3. Daya

Daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk menyalakan lampu

LED hijau, yang didapat dengan Persamaan 2.

4. Hambatan Larutan

Hambatan larutan elektrolit berasal dari gaya elektrostatik antara ion-ion atau juga berasal dari gesekan dan tumbukan antara ion dan molekul larutan. Nilai hambatan larutan elektrolit, diperoleh menggunkan Persamaan 4.

5. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang timbul akibat pergerakan elektron pada suatu penghantar. Nilai energi listrik diperoleh dari hasil perkalian dari daya yang diperoleh dengan lama waktu nyala LED, yang didapat menggunakan Persamaan 1.

Penghantar Arus Listrik

Proses elektrokimia adalah proses kimia yang terjadi untuk mengubah buah sirsak, mangga, dan asam jawa sebagai energi listrik alternatif atau berubahnya reaksi kimia menjadi energi listrik, dengan bagian paling penting yaitu elektroda dan larutan elektrolit. Hal ini mengacu pada Marianti, dkk., (2021) bahwa proses kimia yang disebut dengan reaksi reduksi-oksidasi (redoks) yang dapat mengakibatkan terjadinya tegangan listrik. Saat dua buah elektroda dicelupkan pada larutan buah-buahan yang mengandung tingkat keasaman yang tinggi maka akan terjadi perbedaan potensial antara elektroda dan larutan buah-buahan yang akan menghasilkan energi listrik.

Landis (1990) juga berpendapat bahwa, ketika kedua ujung konduktor terjadi reaksi redoks terus menerus, maka akan terjadi pertukaran pembawa muatan dari elektroda ke larutan elektrolit maupun sebaliknya yaitu dari larutan elektrolit ke elektroda, menyebabkan aliran pembawa muatan (arus listrik) pada rangkaian kedua elektroda tersebut, dengan kata lain gaya gerak listrik dari sel merupakan hasil perubahan energi kimia melalui reaksi redoks Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s).

Reaksi kimia yang terjadi antara larutan elektrolit seperti asam askorbat (C₆H₈O₆) dalam buah sirsak dan mangga dengan dengan elektroda Cu dan Zn dalam menghasilkan energi listrik yaitu :

Katoda : Cu(s) + 4H⁺ + C₆H₆O₆²⁻(aq) + 2e⁻ → CuC₆H₆O₆(s) + 2H₂O(l) Anoda : Zn(s) + C₆H₆O₆²⁻(aq) → ZnC₆H₆O₆(s) + 2e⁻

Reaksi : Zn(s) + Cu(s) + 4H⁺(aq) + 2C₆H₆O₆²⁻(aq) → ZnC₆H₆O₆(s) + CuC₆H₆O₆(s) + 2H₂O(l).

Reaksi kimia yang terjadi antara larutan elektrolit seperti asam tartarat (C₄H₆O₆) dalam buah asam jawa dengan dengan elektroda Cu dan Zn dalam menghasilkan energi listrik yaitu :

Katoda : Cu(s) + 4H⁺ + C₄H₄O₆²⁻(aq) + 2e⁻ → CuC₄H₄O₆(s) + 2H₂O(l) Anoda : Zn(s) + C₄H₄O₆²⁻(aq) → ZnC₄H₄O₆(s) + 2e⁻

Reaksi : Zn(s) + Cu(s) + 4H⁺(aq) + 2C₄H₄O₆²⁻(aq) → ZnC₄H₄O₆(s) + CuC₄H₄O₆(s) + 2H₂O(l)

Larutan elektrolit yang digunakan pada penelitian ini yaitu larutan buah sirsak, mangga, dan asam jawa. Buah yang berpotensi sebagai penghasil energi listrik, merupakan buah yang memiliki tingkat kandungan asam yang tinggi. Hal ini mengacu pada Atina (2015) bahwa sifat elektrolit dapat menghasilkan listrik jika buah memiliki sifat asam. Buah sirsak, mangga dan asam jawa yang memiliki kandungan asam yang tinggi atau memiliki pH rendah, dan kandungan asam yang terdapat pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa terdapat pada Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3. Karena kandungan asam yang tinggi pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa, maka buah-buahan tersebut berpotensi sebagai penghasil energi listrik, sebab Atina (2015) berpendapat bahwa kandungan asam dan air terdapat pada buah- buahan, maka saat dua buah logam yang berbeda dimasukan ke dalam larutan buah- buahan maka terjadi perbedaan potensial logam dengan air, hal ini yang akan menyebabkan terjadinya potensial elektroda sehingga menghasilkan arus listrik.

Elektroda sendiri memiliki peranan yang sangat penting di dalam terjadinya proses elektrokimia, karena elektroda merupakan sebagai media penghantar atau meneruskan aliran listrik ke dalam suatu larutan sehingga terjadi perubahan reaksi kimia menjadi energi listrik. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan adalah elektroda Cu sebagai katoda (muatan positif) dan elektroda Zn sebagai anoda (muatan negatif) dan larutan elektrolit merupakan larutan buah sirsak, mangga, dan asam jawa yang telah diberikan perlakuan variasi waktu fermentasi. Pemilihan elektoda Cu dan Zn karena Pauzi, dkk., (2016) mengatakan bahwa karakteristik elektrik elektrolit pada elektoda C-Zn, Cu-Al, Cu-Zn bahwa pasangan Cu-Zn menghasilkan tegangan yang paling besar dibandingkan pasangan elektroda lainnya pada elektrolit air laut. Hendri, dkk., (2015) juga mengatakan bahwa penggunaan elektroda Cu dan Zn mampu menghasilkan tegangan yang lebih tinggi pada sel elektrokimia.

Pengukuran kelistrikan pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa dirangkai dengan rangkaian seri, dimana elektroda Cu dan Zn masing-masing sebanyak tujuh buah dengan luas elektroda adalah 9cm×3cm akan dihubungkan dengan multimeter digital pada larutan buah-buahan. Tiap larutan buah-buahan akan dimasukkan sebanyak 300 ml pada wadah sebanyak tujuh buah dengan volume wadah 14cm×10cm×5cm. Kemudian rangkaian tersebut akan dihubungkan dengan LED hijau sebagai beban nyata dengan tegangan LED hijau sebesar 1,9 – 4,0 volt. Saat LED mampu menyala maka dapat dikatakan bahwa buah-buahan tersebut memiliki potensi sebagai pengahasil energi listrik.

Proses Fermentasi

Pada saat proses fermentasi berlangsung, keadaan suhu lingkungan harus diperhatikan, karena faktor suhu mempengaruhi proses fermentasi. Kumalasari (2011) bahwa jika suhu lingkungan terlalu rendah dapat memperlambat proses fermentasi dan jika suhu terlalu tinggi dapat menyebabkan mikroba mati. Nilai suhu selama proses fermentasi dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Data Suhu Lingkungan

Hari Suhu (℃)

Hari ke-1 29

Hari ke-2 29

Hari ke-3 24

Hari ke-4 25

Hari ke-5 26

Hari ke-6 27

Hari ke-7 27

Hari ke-8 28

Hari ke-9 29

Hari ke-10 28

Hari ke-11 28

Hari ke-12 28

Hari ke-13 27

Dari Tabel 4 suhu rata-rata lingkungan saat proses fermentasi adalah sekitar 27°C, dimana suhu lingkungan ini adalah suhu untuk pertumbuhan ragi. Hal ini mengacu pada Fardiaz (1992) bahwa suhu pertumbuhan ragi yaitu antara 20-30°C.

Suhu lingkungan juga sangat berpengaruh pada proses fermentasi, sebab suhu penyimpanan yang merupakan suhu lingkungan menjadi salah satu faktor penting yang mempengaruhi ketahanan hidup bakteri. Oleh sebab itu, diperlukan kondisi penyimpanan yang ideal untuk mempertahankan daya hidup bakteri, sebab suhu penyimpanan yang ideal adalah salah satu syarat penting yang harus dipenuhi untuk

mendapatkan manfaat dari kerja suatu probiotik (mikroorganisme atau bakteri) (Lee dan Salminen, 2009).

Pada penelitian ini variasi fermentasi yang dilakukan adalah 9 hari, 11 hari, 13 hari untuk setiap buah. Sehingga nilai pH larutan buah-buahan yang diperoleh dari perlakuan sebelum dan sesudah fermentasi dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Data pH Sebelum dan Sesudah Fermentasi

Perlakuan Rata-rata (pH)

Sebelum Fermentasi

Rata-rata (pH) Sesudah Fermentasi

B1F1 4,20 3,13

B1F2 4,07 3,10

B1F3 3,87 3,03

B2F1 4,13 3,00

B2F2 4,10 2,97

B2F3 4,03 2,90

B3F1 2,90 2,80

B3F2 2,83 2,77

B3F3 2,80 2,73

Keterangan: B1= Buah sirsak, B2= Buah mangga, B3= Buah asam jawa, F1= Fermentasi 9 hari, F2=

Fermentasi 11 hari, F3= Fermentasi 13 hari

Proses fermentasi dalam penelitian ini mempunyai peran yang sangat penting, karena tujuan dari proses fermentasi sendiri yaitu untuk meningkatkan keasaman suatu bahan sehingga tegangan dan arus juga dapat meningkat. Hal ini mengacu pada penelitian Sudarmadji, dkk., (1989) fermentasi berfungsi menghasilkan keasaman pada bahan, karena zat-zat produk akhir termasuk sejumlah besar asam laktat, asam asetat, etanol, serta sejumlah kecil asam organik volatil, alkohol, dan ester. Sehingga, semakin asam suatu bahan maka pH akan semakin rendah yang menyebabkan kuat tegangan dan arus listrik yang dihasilkan lebih tinggi (Miranda dan Afrida, 2018).

Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa pH larutan buah-buahan saat dicampurkan kedalam substrat memiliki nilai yang berbeda sebelum fermentasi, hal ini disebabkan

karena saat pasta buah-buahan akan dimasukkan kedalam substrat yang sudah didiamkan selama 8 jam, substrat dapat terkontaminasi dengan CO₂ yang berasal dari udara luar, yang dapat menyebabakan perubahan pH pada larutan buah-buahan yang sudah tercampur dengan substrat untuk setiap perlakuan. Hal ini mengacu pada (Fuadi, 2005) bahwa nilai pH sangat terkait dengan CO₂ diudara terbuka menyebabkan substrat dipengaruhi oleh CO₂ yang berasal dari udara luar, sehingga aquades yang terkandung dalam substrat dapat terkontaminasi dengan udara luar yang berasal dari atmosfer dan udara sekitar, seperti CO₂ yang dapat memicu perubahan pH pada buah-buahan. Namun demikian pH buah-buahan tetap tergolong memiliki pH rendah. Sebab syarat utama bahan yang akan digunakan adalah memiliki pH rendah atau memiliki kandungan asam yang tinggi. Dari Tabel 5 juga dapat dilihat bahwa semakin lama waktu fermentasi maka pH yang diperoleh juga semakin menurun. Hal itu disebabakan karena kandungan asam yang tinggi yang dimiliki buah-buahan serta Yusmarini, dkk., (2010) berpendapat karena proses fermentasi yang semakin lama menyebabkan terjadinya peningkatan kadar total asam akibat adanya asam organik yang dihasilkan oleh metabolisme mikroba, dan asam akan tereksresikan keluar sel dan akan terakumulasi dalam substrat sehingga meningkatkan keasaman (Widowati dan Misgiyarta 2003).

Tingkat keasaman yang tinggi pada bahan akan memiliki pH rendah yang akan mempengaruhi nilai tegangan dan arus yang dihasilkan. Hal ini mengacu pada Kunaepah (2008) bahwa tingkat keasaman yang tinggi pada suatu bahan akan memperoleh pH yang bernilai rendah, sedangkan jika suatu bahan memiliki tingkat

keasaman yang rendah memiliki pH tinggi dimana pH asam bernilai <7, dimana semakin asam buah maka pH akan semakin rendah menjadikan tegangan dan arus juga tinggi, sehingga nilai pH yang diperoleh akan berbanding terbalik dengan nilai arus dan tegangan. Maka dapat dilihat, bahwa nilai pH yang terendah merupakan pH yang memiliki tingkat keasaman yang tinggi yaitu pada perlakuan B3F3 (Buah asam jawa dengan fermentasi 13 hari) sebesar 2,73 sedangkan pH yang tertinggi yaitu pada perlakuan B1F1 (Buah sirsak dengan fermentasi 9 hari) sebesar 3,13.

Tegangan Listrik

Tegangan listrik ialah jumlah energi yang diperlukan untuk memindahkan unit muatan listrik dari satu tempat ketempat lain. Jika tegangan listrik meningkat, maka akan semakin meningkat potensial listrik karena meningkatnya elektron yang dilepaskan oleh ion-ion elektrolit. Hasil tegangan listrik dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6. Tegangan Listrik

Perlakuan Rata-rata (Volt)

BIF1 4,52

B1F2 4,62

B1F3 5,10

B2F1 4,58

B2F2 4,61

B2F3 5,29

B3F1 4,66

B3F2 4,80

B3F3 5,62

Keterangan: B1= Buah sirsak, B2= Buah mangga, B3= Buah asam jawa, F1= Fermentasi 9 hari, F2=

Fermentasi 11 hari, F3= Fermentasi 13 hari

Berdasarkan data yang diperoleh dari Tabel 6 didapat data tegangan yang tertinggi adalah 5,62 volt yaitu dari perlakuan B3F3 (Buah asam jawa dengan

fermentasi 13 hari) dan nilai tegangan yang diperoleh masih sangat rendah. Hal ini dikarenakan buah sirsak, mangga, dan asam jawa hanya sebagai energi listrik alternatif yang dapat digunakan dalam skala yang sangat kecil, sehingga tegangan yang dihasilkan oleh buah mangga, sirsak, dan asam jawa hanya mampu menyalakan LED. Kiswari dan Rahayu (2020) besarnya tegangan listrik untuk menyalakan suatu LED pada umumnya sebesar 1,5 volt. Dimana besar tegangan untuk menyalakan LED bertegangan 1,5 volt telah mampu dicapai oleh tegangan yang dihasilkan buah sirsak, mangga, dan asam jawa. Dimana nyala terlama LED hijau sebesar 1,9 – 4,0 volt adalah 79 jam yaitu pada perlakuan B3F3 (Buah asam jawa dengan fermentasi 13 hari) dan nyala tersingkat LED hijau sebesar 1,9 – 4,0 volt adalah 63 jam yaitu pada perlakuan B1F1 (Buah sirsak dengan fermentasi 9 hari). Jika tegangan yang dihasilkan oleh larutan buah-buahan tinggi, maka lama nyala LED juga akan semakin lama. Sehingga, meskipun tegangan yang dihasilkan oleh buah sirsak, mangga, dan asam jawa masih sangat rendah, tetapi buah sirsak, mangga, asam jawa memiliki potensi sebagai penghasil energi listrik alternatif.

Hasil data tegangan listrik pada Tabel 6 diperoleh bahwa lama fermentasi 13 hari untuk setiap jenis buah-buahan adalah yang tertinggi. Lalu diikuti oleh lama fermentasi 11 hari dan 9 hari untuk setiap jenis buah-buahan. Hal ini disebabkan karena lama waktu fermentasi dapat meningkatkan keasaman yang akan menghasilkan tegangan listrik yang lebih tinggi. Mariance (2006) mengatakan bahwa lamanya waktu dalam fermentasi dapat menyebabkan terjadinya konduktivitas listrik yang semakin meningkat. Hal tersebut terjadi sebab sifat suatu larutan yang semakin asam. Suprihatin (2010) juga mengatakan bahwa nilai kelistrikan seperti arus dan

tegangan akan semakin meningkat jika waktu yang digunakan untuk proses fermentasi juga lama.

Untuk tegangan yang dihasilkan tiap jenis buah-buahan dapat dilihat pada Tabel 6 bahwa buah asam jawa memiliki teganga listrik yang sangat tinggi untuk setiap lama waktu fermentasi. Hal ini dikarenakan jumlah kandungan asam yang dimiliki oleh buah asam jawa adalah yang paling banyak dari kandungan asam yang dimiliki oleh buah sirsak maupun buah mangga. Kandungan asam yang dimiliki pada buah sirsak, mangga, dan asam jawa dapat dilihat pada Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3.

Hal ini mengacu pada penelitian Atina (2015) mengatakan bahwa sifat elektrolit dapat menghasilkan listrik jika buah memiliki sifat asam. Miranda dan Afrida (2018) mengatakan bahwa semakin asam buah maka pH akan semakin rendah yang menyebabkan kuat tegangan dan arus listrik yang dihasilkan lebih tinggi.

Berdasarkan uji sidik ragam pada Lampiran 4 diperoleh jenis buah-buahan dan lama fermentasi berpengaruh nyata pada taraf 5% dan berpengaruh sangat nyata pada taraf 1% terhadap nilai tegangan, sedangkan interaksi menunjukkan berpengaruh tidak nyata terhadap tegangan. Oleh karena itu dilakukan uji DMRT yang menunjukkan pengaruh jenis buah-buahan dan lama fermentasi terhadap nilai tegangan yang dapat dilihat pada Tabel 7 dan Tabel 8.

Tabel 7. Uji DMRT Pengaruh Buah-Buahan Terhadap Tegangan Listrik Jarak LSR LSR Perlakuan Rata-

Rata

Notasi Notasi

0,05 0,01 0,05 0,01

- - - B1 4,75 a A

2 4,94 5,01 B2 4,82 a A

3 5,02 5,09 B3 5,03 b B

Tabel 8. Uji DMRT Pengaruh Fermentasi Terhadap Tegangan Listrik Jarak LSR LSR Perlakuan Rata-

Rata

Notasi Notasi

0,05 0,01 0,05 0,01

- - - F1 4,59 a A

2 4,78 4,85 F2 4,68 a A

3 4,88 4,95 F3 5,34 b B

Berdasarkan Tabel 7 diperoleh bahwa B3 (Buah asam jawa) berpengaruh sangat nyata pada taraf 5% dan berpengaruh sangat nyata pada taraf 1%. Pada Tabel 8 diperoleh bahwa F3 (Fermentasi 13 hari) berpengaruh sangat nyata pada taraf 5% dan berpengaruh sangat nyata pada taraf 1%. Sehingga perlakuan B3F3 (Buah asam jawa dengan fermentasi 13 hari) adalah perlakuan yang terbaik diantara semua perlakuan dan juga perlakuan dengan nilai tegangan listrik tertinggi yaitu sebesar 5,62 volt dan nilai tegangan listrik terendah pada perlakuan B1F1 (Buah sirsak dengan fermentasi 9 hari) sebesar 4,52 volt. Data interaksi antar perlakuan dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Interaksi Perlakuan Terhadap Tegangan Listrik 0

1 2 3 4 5 6

Sirsak Mangga Asam Jawa

Tegangan (Volt)

Buah-buahan

Fermentasi 9 hari Fermentasi 11 hari Fermentasi 13 hari