PREDIKSI PADATAN TIDAK TERLARUT DAN
CHILLING
INJURY
MANGGA CV.GEDONG GINCU SELAMA
PENYIMPANAN DINGIN SECARA NON DESTRUKTIF
MENGGUNAKAN
NEAR INFRARED SPECTROSCOPY
(NIRS)
HERNA PERMATA SARI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Prediksi Padatan Tidak Terlarut Dan Chilling Injury Mangga Cv.Gedong Gincu Selama Penyimpanan
Dingin Secara Non Destruktif Menggunakan Near Infrared Spectroscopy (NIRS)
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
Herna Permata Sari
RINGKASAN
HERNA PERMATA SARI. Prediksi Secara Non Destruktif Padatan Tidak Terlarut Dan Chilling Injury Mangga Cv.Gedong Gincu Selama Penyimpanan
Dingin Menggunakan Near Infrared Spectroscopy (NIRS). Dibimbing oleh Y
ARIS PURWANTO dan I WAYAN BUDIASTRA.
Mangga Gedong Gincu adalah produk ekspor Indonesia. Mangga yang diekspor harus memenuhi kualitas ekspor berupa mutu fisik dan kimia. Penanganan yang kurang tepat seperti penyimpanan pada suhu dingin di bawah suhu optimum dapat menyebabkan buah terkena chilling injury. Monitoring mutu
buah mangga selama penyimpanan secara non destruktif merupakan metode yang banyak dikembangkan oleh para peneliti. Penentuan mutu kimia mangga Gedong Gincu biasanya dilakukan melalui analisis dan pegujian di laboratorium. Metoda ini dinilai mahal dan membutuhkan waktu lama. Sedangkan pendugaan chilling injury menggunakan metoda destruktif dengan mengukur laju ion leakage.
Penggunaan spektroskopi NIR yang bersifat non destruktif merupakan cara untuk mempercepat waktu pengukuran dan dilakukan tanpa merusak produk.
Tujuan penelitian ini adalah untuk memprediksi mutu internal (padatan tidak terlarut, ion leakage, susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut, total
asam, dan rasio gula asam) mangga Gedong Gincu dengan NIR Spectroscopy.
Bahan yang digunakan adalah mangga Gedong Gincu sebanyak 182 buah dengan umur petik 100 dan 110 hari setelah bunga mekar (HSBM). Pengukuran spektra reflektan NIR dilakukan pada panjang gelombang 1000-2500 nm menggunakan NIRFlex N-500 Fiber Optik Solid dan dilanjutkan pengukuran data referensi di
laboratorium secara destruktif. Pengukuran dilakukan selama penyimpanan dingin selama 22 hari dengan selang 2 hari. Gejala chilling injury diamati melalui
perubahan laju ion leakage pada mangga yang disimpan pada suhu 8oC dengan
umur petik 100 dan 110 HSBM. Lima pengolahan data spektra yaitu smoothing avarage 3 points (sa3), normalisasi (n01), first derivative Savitzzky-golay (dg1),
kombinasi (n01,dg1), dan Multiplicative Scatter Correction (MSC) dilakukan
untuk meningkatkan akurasi kalibrasi. Kalibrasi data NIR dan data kimia dilakukan menggunakan metode Partial Least Square (PLS). Model yang
dihasilkan dievaluasi dengan menggunakan parameter statistik yaitu koefisien korelasi (r), SEC dan SEP sekecil mungkin, dan RPD > 1.5.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa model terbaik yang dihasilkan untuk memprediksi kandungan padatan non terlarut, susut bobot dan rasio gula asam diperoleh dengan pengolahan data spektra NIR menggunakan MSC. Pengolahan data spektra NIR dengan dg1 digunakan untuk model terbaik memprediksi perubahan ion leakage dan total asam. Sa3 digunakan untuk
memperoleh model terbaik memprediksi parameter kekerasan dan TPT. Pengukuran secara non destruktif menggunakan spektroskopi NIR menggunakan metode PLS dapat memprediksi dengan baik kandungan padatan non terlarut, ion leakage, susut bobot, kekerasan, dan TPT. Sedangkan kandungan total asam dan
rasio gula asam belum dapat diprediksi dengan baik.
SUMMARY
HERNA PERMATA SARI. Prediction of Non Soluble Solids and Chilling Injury
in ‘Gedong Gincu’ Mango Non-destructively Using Near Infrared Spectroscopy
(NIRS) During Cold Storage. Supersived by Y ARIS PURWANTO and I
WAYAN BUDIASTRA
Gedong Gincu Mango is commodity export of Indonesia. The exported mango should meet export quality. Improper handling such as the use of cold temperature below the optimum temperature may cause the fruits experience chilling injury. Monitoring of the fruit during storage period is nowadays becoming interesting study for the researchers. Measurement of the quality of mango fruits are usually carried out through analysis and prediction in the laboratory. This method is quite epxensive and time-consuming. Prediction of chilling injury is carried out by masuring ion leakage destructively. The use of near infrared spectroscopy is promising method to reduce the measurament time.
The objective of the study was to predict internal quality (non soluble solid, ion leakage, weight loss, firmness, total soluble solids, total acid, and sugar acid ratio) of Gedong Gincu mango using NIR Spectroscopy. Gedong Gincu mango fruits (182 fruits) harvested at 100 and 110 days after fower blooming (DAFB) were used as a sample. NIR reflectance spectra measurements were performed at a wavelength of 1000-2500 nm using NIRFlex N-500 fiber optic solid. NIR spectra acquisition and reference data measurements were carried out every 2 days during 22 days storage. Chilling injury symptom was observed through the change in ion leakage rate for those mango fruits (100 and 100 DAFB) stored at 8oC. Five spectral data processing i.e. smoothing 3 points (sa3), normalization (n01), first derivative Savitzzky-Golay (dg1), combinations (n01, dg1), and the Multiplicative Scatter Correction (MSC) were utilized to improve the accuracy of the calibration model. The models were then evaluated using statistical attributes such as coefficient correlation (r), SEC, SEP and RPD.
The results show that for non soluble solid, weight loss and sugar acid ratio, the best model was obtained using MSC data processing. The best model for predicting chilling injury was found using dg1 data processing, for firmness and total soluble solid using sa3 data processing. From these findings, it can be concluded that NIR spectroscopy and PLS method could predict content of the non soluble solids, ion leakage, weight loss, firmness, and total soluble solid. However, for acid and sugar acid ratio could not be predicted well.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Pascapanen
PREDIKSI PADATAN TIDAK TERLARUT DAN
CHILLING
INJURY
MANGGA CV.GEDONG GINCU SELAMA
PENYIMPANAN DINGIN SECARA NON DESTRUKTIF
MENGGUNAKAN
NEAR INFRARED SPECTROSCOPY
(NIRS)
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
Judul Tesis : Prediksi Padatan Tidak Terlarut Dan Chilling Injury
Mangga Cv.Gedong Gincu Selama Penyimpanan Dingin Secara Non Destruktif Menggunakan Near Infrared Spectroscopy (NIRS)
Nama : Herna Permata Sari NIM : F152130011
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc Dr Ir I Wayan Budiastra, MAgr Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Teknologi Pascapanen
Prof Dr Ir Sutrisno, MAgr
PRAKATA
Puji dan syukur penulis aturkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala nikmat-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2014 ini ialah prediksi mutu menggunakan NIRS, dengan judul Prediksi Padatan Tidak Terlarut Dan Chilling Injury Mangga Cv.Gedong Gincu Selama Penyimpanan Dingin
Secara Non Destruktif Menggunakan Near Infrared Spectroscopy (NIRS) .
Telah selesainya penulisan karya ilmiah ini penulis ingin mengucapkan terimakasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada :
1. Ayah, Ibu, adek tercinta yang senantiasa memberikan do’a, motivasi, nasehat, dan kasih sayang sehingga tahap studi ini terselesaikan.
2. Bapak Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc dan Bapak Dr Ir I Wayan Budiastra, MAgr selaku pembimbing yang sudah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama pendidikan, penelitian sampai penulisan tesisi.
3. Bapak Dr. Slamet Widodo, S.TP, M.Sc selaku penguji luar komisi yang telah memberikan saran dan koreksi untuk perbaikan tesis.
4. Ketua PS Teknologi Pascapanen IPB Bapak Prof. Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr yang telah memberikan saran dan koreksi untuk perbaikan tesis. 5. Ibu Rusmawati dan Bapak Ahmad Muyatullah atas segala dukungan dan
layanan selama penulis menjalani perkuliahan dan penelitian. Kepada Bapak Sulyaden dan Baskara Edi Nugraha dari Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian, Departemen TMB IPB yang telah membantu dalam pengumpulan data.
6. Rekan-rekan seperjuangan S2 TPP IPB 2013, tim peneliti NIR (Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si, Yunisa, Noneng, Kak Sri Agustina, Kak Nur Arifiya) selaku rekan diskusi dalam penelitian. Serta saudari-saudari warga SAKINAH atas do’a, motivasi dan perhatiannya
7. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Republik Indonesia yang telah memberikan beasiswa selama perkulihan dan penelitian melalui beasiswa BPPDN.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2015
DAFTAR ISI
PRAKATA iv
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
1 PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 3
Tujuan Penelitian 4
Manfaat Penelitian 4
2 TINJAUAN PUSTAKA 4
Mangga 4
Mutu Mangga 5
Kandungan Gizi Mangga 6
Penyimpanan Dingin 6
Near Infrared (NIR) Sprectrocopy 7
Metode Kalibrasi dengan Partial Least Square (PLS) 9 Metode Kalibrasi dengan Principal Componen Analysis (PCA) 10
Aplikasi Spektroskopi Near Infrared 11
3 METODE 12
Waktu dan Tempat 12
Bahan dan Alat 12
Metode Penelitian 13
Persiapan Sampel 14
Sortasi dan Pencucian 14
Pengukuran Reflektan NIR pada Buah Mangga Gedong Gincu 14
Pengukuran Kandungan Padatan Non Terlarut 15
Pengukuran Ion Leakage 15
Pengukuran Kekerasan 16
Pengukuran Total Padatan Terlarut 16
Pengukuran Keasaman 16
Gula Rasio dan Asam 17
Pengolahan Data Spektra NIR 17
Kalibrasi dan Validasi 17
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 19 Analisis spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu 19 Perubahan Fisiologi Mangga Gedong Gincu Selama Penyimpanan 22
Padatan non terlarut 22
Kebocoran Ion (Ion Leakage) 23
Susut Bobot 27
Kekerasan 28
Total padatan terlarut 30
Total asam 31
Rasio Gula Asam 32
Prediksi Kandungan Kimia Mangga Gedong Gincu Menggunakan Metode PLS 34
Model Kalibrasi dan Validasi 35
Padatan non terlarut 35
Laju ion leakage 36
Susut Bobot 37
Kekerasan 38
Total padatan terlarut 40
Total asam 41
Rasio Gula Asam 42
Pengaruh Pengolahan Data Spektra NIR terhadap Model Kalibrasi dan Validasi 43
5 SIMPULAN DAN SARAN 46
Simpulan 46
Saran 46
DAFTAR PUSTAKA 46
LAMPIRAN 51
DAFTAR TABEL
1 Karakteristik fisik beberapa varietas mangga komersial 5
2 Syarat mutu SNI mangga 5
3 Daftar komposisi kimia dan nilai gizi buah mangga 6
4 Daerah spektrum inframerah 7
5 Laju perubahan ion leakage pada penyimpanan suhu 8oC 27
6 Data referensi kandungan kimia mangga Gedong Gincu 34 7 Hasil model kalibrasi pendugaan kandungan kimia mangga
Gedong Gincu berdasarkan nilai reflektan 44
DAFTAR GAMBAR
17 Kondisi buah monitoring pada penyimpanan suhu 8oC sebagai
gejala chilling injury 27
18 Perubahan susut bobot mangga gedong gincu selama
penyimpanan 28
19 Perubahan tingkat kekerasan mangga Gedong Gincu selama
penyimpanan 29
20 Perubahan kandungan TPT mangga Gedong Gincu 30 21 Perubahan konsentrasi total asam mangga Gedong Gincu 32
1 Buah mangga Gedong Gincu 4
2 Spektrum elektromagnetik 8
3 Prinsip fungsional NIRFlex fiber optik solids (Falwil 2008) 9
4 Diagram alir penelitian 13
5 Perangkat NIRFlex N-500 Fiber Optic Solids 15
6 Diagram alir proses kalibrasi dan validasi PLS 18
7 Spektra reflektan NIR mangga Gedong Gincu 20
8 Spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu dengan umur petik 110
HSBM 21
9 Spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu dengan umur petik 100
HSBM 21
10 Perubahan konsentrasi padatan non terlarut mangga gedong gincu
penyimpanan 23
11 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-0 24
12 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-2 25
13 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-4 25
14 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-6 26
15 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-8 26
22 Perubahan rasio gula asam mangga Gedong Gincu selama
penyimpanan 33
23 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kandungan padatan non terlarut
dengan pengolahan data MSC 36
24 Hasil kalibrasi perubahan laju ion leakage dengan pengolahan
data spektra menggunakan dg1 37
25 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan susut bobot dengan pengolahan
data spektra MSC 38
26 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kekerasan dengan pengolahan
data sa3 39
27 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan total padatan terlarut dengan
pengolahan data sa3 40
28 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan total asam dengan pengolahan
data dg1 41
29 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan ratio gula asam dengan
pengolahan data spektra MSC 43
DAFTAR LAMPIRAN
1 Spesifikasi NIRFlex N-500 Fiber Optik Solid 52 2 Spektra panjang gelombang dengan beberapa komponen kimia 53
1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produk hortikultura yang menjadi andalan ekspor Indonesia salah satunya adalah manga Gedong Gincu. Mangga Gedong Gincu banyak diminati oleh konsumen di pasar internasional maupun domestik. Pemasaran mangga ini sudah masuk ke berbagai negara seperti Singapura, kawasan Timur Tengah dan termasuk Jepang. Komoditas ini sebagian besar berasal berasal dari kebun petani yang berada di daerah Cirebon dan Majalengka.
Indonesia adalah salah satu negara produsen mangga terbesar ketujuh di dunia dengan produk sebesar 1,3 juta ton pada tahun 2010. Namun beberapa tahun belakangan ini produksi buah mangga nasional mengalami penurunan sebesar 6% setiap tahunnya. Berkurangnya produksi mangga Gedong Gincu mempengaruhi permintaan jumlah ekspor ke berbagai negara. Besarnya produksi mangga Gedong Gincu belum bisa memenuhi permintaan pasar internasional, hal ini disebabkan oleh buah hasil panen di lapangan yang layak ekspor berdasarkan bentuk fisik hanyalah sekitar 40%, dan yang sampai ke tangan pengimpor hanya 70% (Paramita 2010).
Kriteria diterima atau tidaknya mangga yang diekspor sangat dipengaruhi oleh mutu mangga. Salah satu kriteria mutu tersebut adalah kekerasan, kandungan kimia, ketuaan, dan ukuran (SNI 01-364-2009). Mangga yang tidak sesuai dengan standar mutu yang di tetapkan akan sulit diterima bahkan langsung ditolak negara penerima.
Mangga yang sudah dipanen sebelum dikirim ke negara pengimpor dilakukan beberapa penanganan seperti sortasi dan pengemasan yang mengakibatkan terjadi penundaan proses pengiriman. Penundaan ini mengakibatkan perubahan mutu akibat adanya reaksi metabolisme pada mangga. Hal ini akan mempengaruhi tingkat kesegaran mangga dan mutu mangga seperti menurunnya tingkat kekerasan dan perubahan kandungan kimia. Tingkat kesegaran yang sudah mulai berkurang akan memperpendek masa simpan dan masa konsumsi, sehingga dibutuhkan proses penyimpanan dengan menggunakan pendinginan.
Proses pengiriman mangga Gedong Gincu ke negara tujuan ekspor membutuhkan waktu lama untuk sampai ke tangan pengimpor, sehingga untuk menjaga kualitas mangga diperlukan proses transportasi dengan memanfaatkan pendingin atau cold storage. Penyimpanan mangga dengan sistem pendingin
harus memperhatikan suhu optimum penyimpanan untuk menghindari terjadinya
chilling injury. Suhu optimum yang tepat untuk penyimpanan mangga pada suhu
dingin 13oC. Mangga yang disimpan di bawah suhu optimum akan mempercepat
terjadinya chilling injury. Saltveit (2002) menjelaskan bahwa parameter yang
menjadi indikator chilling injury ini berupa nilai dari ion leakage. Kerusakan
dinding sel akibat penyimpanan pada suhu rendah mengakibatkan meningkatnya semakin besar membran sel yang pecah dan semakin besar laju perubahan ion leakage (jumlah ion yang keluar).
Gejala chilling injury merupakan faktor yang penting sebagai indikasi
2
(2007) chilling injury dan menurunnya tingkat kekerasan mangga merupakan
batasan faktor kualitas mangga selama penyimpanan dengan suhu 2oC dan 5 oC.
Nunes et al (2007) menambahkan bahwa parameter mutu penentuan kualitas mangga yang disimpan pada suhu 12, 15 dan 20 oC adalah tingkat kelunakan,
perubahan warna dan pembusukan. Buah mangga sangat sensitif terhadap suhu dingin dan dilanjutkan untuk periode penyimpanan. Penyimpanan pada suhu 10 oC
mungkin dapat menunda pematangan tetapi akan menyebabkan gejala chilling injury. Beberapa cultivar pada fase pematangan dan pemanenan mangga dapat
disimpan pada suhu anata 7-8 oC selama 25 hari . Mangga harus pada suhu 13 oC
untuk menghindari terjadinya chilling injury pada cultivar yang tidak toleran
terhadap suhu rendah (Nunes et al. 2007 ; Mitra dan Baldwin 1997).
Parameter mutu mangga yang menjadi penentu adalah kandungan kimia dari mangga Gedong Gincu. Tingkat ketuaan yang menjadi standar pemutuan dari mangga. Mangga Gedong Gincu yang sudah terlalu matang memiliki serat yang lebih banyak. Kandungan serat menjadi penentu kematangan mangga gedong gincu. Karakteristik mangga gedong gincu ini tidak dimiliki oleh jenis mangga lainnya. Banyaknya kandungan serat pada daging akan mempengaruhi kualitas dan juga faktor penentu dalam proses transportasi sehingga sampai ke tangan penerima.
Mangga Gedong Gincu memiliki ciri khas tersendiri yang berbeda dengan jenis mangga lainnya. Menurut Purwadaria (1995), tiap-tiap negara mempunyai tingkat kesukaan rasa mangga yang berbeda. Negara Singapura, Taiwan dan Hongkong lebih cenderung kepada rasa mangga yang manis, sementara negara Jepang dan negara di Eropa lebih menyukai mangga dengan rasa asam manis. Rasa asam manis ini menjadi pembeda antara jenis mangga lain dan lebih banyak digemari oleh konsumen dari negara jepang dan eropa. Penentuan rasio asam dan manis mangga Gedong Gincu akan memberikan pengaruh terhadap kepuasan konsumen dengan kualitas bagus dan memberikan penghargaan dengan harga yang mahal.
Seiring dengan perkembangan zaman dan teknologi, ada sebuah teknologi yang dapat memprediksi kandungan kimia suatu bahan dengan menggunakan metode non destruktif (Bertone et al. 2012). Selain itu penelitian dengan
menggunakan NIR juga sudah diterapkan untuk memprediksi perubahan kekerasan manggis selama penyimpanan dingin (Ahmad et al. 2014). Salah satu
metoda non destruktif ini adalah dengan pemanfaatan Near Infrared Spectroscopy.
Metode ini sudah banyak diterapkan untuk memprediksi kualitas buah dan sayur, selain itu juga bisa memprediksi kandungan kimia buah dan sayuran yang meliputi total padatan terlarut, keasaman, ketegasan buah, lemak protein, dan kandungan pati.
Rasio kandungan gula dan asam pada mangga dengan umur petik 80, 90, dan 100 HSBM dapat di prediksi dengan menggunakan NIR. Panjang gelombang NIR yang digunakan untuk memprediksi kandungan gula dan asam tersebut berkisar 1400 nm – 1975 nm. Prediksi rasio gula asam yang dianalisis menggunakan program komputer bawaan dari Stepwise dengan metode POC STEPWISE of SAS (Statistical Analysis System). Prediksi kadar gula dan total
3
al. 1995). Dengan menggunakan alat yang berbeda peneliti akan membandingkan
hasil rasio gula dan asam mangga dengan spektra NIR menggunakan alat yang lebih bagus dari sebelumnya yaitu dengan panjang gelombang 1000 nm – 2500 nm.
Para peneliti sudah banyak melakukan penelitian terhadap buah dan sayuran untuk memprediksi perubahan mutu selama penyimpanan, memprediksi tingkat umur petik buah, memprediksi chilling injury pada mentimun selama
penyimpanan. Prediksi terjadinya chilling injury ini dapat dilakukan dengan NMR. Penyimpanan suhu rendah mengakibatkan terjadinya difungsi membrane sel akibat perubahan fisik permeabilitas membran sel pada kondisi air dinamis. Gejala ini dapat diprediksi secara akurat sebelum terjadinya gejala eksternal seperti
pitting yang dapat diamati secara visual (Purwanto et al. 2005).
Penelitian yang dilakukan terhadap mangga Gedong Gincu menggunakan sektroskopi NIR ini sudah memberikan referensi data perubahan mutu berdasarkan indikator mutu seperti susut bobot, TPT, kekerasan, dan total asam. Namun nilai dari tiap-tiap indikator mutu tidak dilakukan proses kalibrasi dan validasi menggunakan NIR. Zainal (2012) juga melakukan penelitian terhadap mangga gedong gincu menggunakan NIR untuk memprediksi chilling injury dan
pH. Sementara indikator lain seperti rasio gula asam, total asam dan kandungan serat belum dilakukan proses prediksi terhadap mangga gedong gincu.
Indikator mutu yang dapat menarik perhatian dari konsumen akan mangga gedong gincu lainnya adalah kandungan padatan non terlarut dari mangga. Mangga gedong gincu memiliki karakteristik yang beda dengan mangga jenis lainnya. Jumlah serat akan semakin meningkat seiring dengan semakin matang atau lamanya mangga disimpan. Hal ini akan mempengaruh perilaku konsumen terhadap kesukaan akan mangga. Padatan non terlarut terlihat seperti serat kasar yang banyak akan menggangu kenyamanan saat dimakan karena padatan non terlarut sering terselip di gigi. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi kandungan mutu kimia yang meliputi konsentrasi padatan non terlarut, TPT, total asam, rasio gula asam, kekerasan, susut bobot dan gejala chilling injury buah
mangga gedong gincu selama penyimpanan dingin dengan metoda non destruktif menggunakan Near Infrared (NIR) Spectroscopy menggunakan analisis PLS.
Perumusan Masalah
Prediksi perubahan mutu buah mangga Gedong Gincu selama penyimpanan dingin dapat dilakukan dengan mengetahui perubahan kandungan kimia mangga, diantaranya kandungan keasaman, total padatan terlarut, ion leakage, kekerasan
dan padatan non terlarut. Perubahan mutu mangga diamati selama proses penyimpanan dengan suhu rendah (8oC) di bawah suhu optimum penyimpanan
dingin mangga (13oC) diduga mengakibatkan gejala chilling injury. Selama ini
penentuan kandungan bahan kimia dalam memprediksi perubahan mutu mangga hanya dilakukan secara destruktif dengan menggunakan sampel yang berbeda dan menghasilkan pengukuran yang tidak akurat. Teknologi spektroskopi near infrared dapat digunakan sebagai penduga kandungan kimia produk sebagai
4
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memprediksi mutu buah mangga Gedong Gincu selama penyimpanan dingin dengan parameter padatan non terlarut, ion leakage,
susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut, keasaman, dan rasio gula asam secara non destruktif menggunakan teknologi spetroskopi near infrared.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memperoleh model prediksi kandungan kimia mangga gedong gincu selama penyimpanan dingin berupa padatan non terlarut, ion leakage, susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut, total asam, dan rasio gula asam secara non destruktif menggunakan NIR spektroscopy.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Mangga
Mangga (Mangifera indica, L.) termasuk salah satu jenis buah tropis yang
bersifat musiman dan merupakan tanaman buah tahunan berupa pohon yang berasal dari negara India, yang menyebar ke wilayah Asia Tengga termasuk Malaysia dan Indonesia. Di Indonesia, mangga memiliki banyak nama lain, berbeda-beda di setiap daerahnya.
Jenis mangga yang banyak ditanam di Indonesia adalah mangga Arumanis, Gedong, Golek, Manalagi dan Cengkir. Karakteristik fisik mangga gedong gincu memiliki bentuk, ukuran, dan berat (Tabel 1). Bentuk mangga gedong gincu hampir bulat dengan ukuran (10x8x6) cm, lekuk pangkal buah sedikit, kulit buah tebal dan halus berlilin, kulit buah saat masak berwarna merah jingga pada bagian pangkal dan merah kekuningan pada bagian pucuk. Daging buah tebal, kenyal, berserat halus, berwarna kuning jingga, banyak mengandung air, dan beraroma khas harum menyengat (Gambar 1). Berat mangga Gedong Gincu rata-rata 200-300 gram.
(a) (b)
5 Tabel 1 Karakteristik fisik beberapa varietas mangga komersial
Kultivar Utuh (gram)
Berat (%)
Daging (cm)
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal Serat
Sifat
Daging Warna
Arumanis 376-450 66 15.1 7.8 5.5 banyak kuning, jingga
Gedong 250-300 59 10 8 6 banyak Jingga
Cengkir 320 66 N/A N/A N/A sedikit Kuning
Manalagi 560 N/A 16 8.2 7.3 sedang Kuning
Golek 456-512 66 15.7 7.9 6.2 sedang Kuning Indramayu 400-520 65 16.1 7.5 7.5 sedang Kuning
Sumber : Baswarsiati dan Yuniarti (2007)
Mutu Mangga
Kualitas produk untuk ekspor sangat penting karena dengan adanya standar mutu yang ditentutan akan menjadi acuan utama produk dapat diterima oleh pengimpor. Begitu juga halnya dengan buah mangga Gedong Gincu (produk segar). Sekarang ini negara pengimpor sudah menerapkan standar mutu produk impor termasuk buah mangga.
Karakteristik mutu yang harus diperhatikan berupa karakteristik fisik, kimia, dan biologi. Karakteristik fisik terdiri dari tingkat ketuan, kekerasan, ukuran, kerusakan, kotoran, dan busuk. Karakteristik kimia berupa kandungan kimia (vitamin C, total asam, TPT, dan pH). Karakteristik biologi berupa ada tidaknya mikroorganisme dan penyakit yang terdapat pada buah mangga.
Tabel 2 Syarat mutu SNI mangga (SNI 01-364-2009)
Karakteristik Persyaratan
Mutu I Mutu II
Keasaman sifat varietas Seragam Seragam
Tingkat ketuaan Tua tapi tidak terlalu, matang Tua tapi tidak terlalu, matang
Kekerasan Keras Cukup keras
Ukuran Seragam Kurang seragam
Kerusakan % (jml/jml)maks 5 10
Kotoran (%) Bebas Bebas
Busuk % (jml/jml) maks 1 1
Sumber: Badan standarisasi nasional, 2009
SNI 01-364-2009 mensyaratkan mutu mangga berdasarkan ukuran dibagi menjadi dua kelas yaitu mutu 1 dan mutu 2 yang ditunjukkan pada Tabel 2. Syarat minimum mutuuntuk pemutuan mangga yang harus dipenuhi adalah tingkat ketuaan, kekerasan (firmness), ukuran, tingkat kerusakan, bebas dari benda-benda
6
penyimpanan dingin), bebas dari aroma dan rasa asing, memiliki kematangan yang cukup (Badan standarisasi nasional 2009).
Kandungan Gizi Mangga
Masyarakat menggemari mangga Gedong Gincu dikarenakan kandungan gizi yang terdapat pada mangga mempunyai komposisi gizi yang cukup lengkap. Komponen daging buah yang paling dominan adalah karbohidrat dan air. Selain itu, juga mengandung protein, lemak, acid, vitamin, mineral, tannin, zat warna
dan zat yang mudah menguap sehingga menciptakan aroma harum khas buah mangga (Pracaya 2011).
Karbohidrat daging buah mangga terdiri dari gula sederhana, tepung, dan selulosa. Rasa manis buah mangga berasal dari gula-gula sederhana yang terkandung pada daging buah dan menjadi sumber tenaga pada manusia dan dipercaya dapat melancarkan saluran pencernaan. Kandungan kimia lainnya yaitu senyawa tanin dan campuran asam. Rasa kelat (sepat) dan timbulnya warna hitam setelah diiris dipicu oleh senyawa tanin. Rasa asam pada buah mangga disebabkan oleh adanya asam sitrat (0.13%- 0.17%) dan juga disebabkan adanya vitamin C yang sangat bermanfaat bagi tubuh. Komposisi gizi buah mangga dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Daftar komposisi kimia dan nilai gizi buah mangga
Kandungan Zat Rata-rata dalam 100 g Matang pupl segar
Air 81.7 g
Protein 0.51g
Lemak 0.638 g
Gula Total 11.8
Karbohidrat 17.00 g
Serat 1.8 g
Vitamin A 3894 I.U
Vitamin B1 0.04
Vitamin B2 0.05
Vitamin C 13
Asam amino 0.42 g
Nilai kalori 65kcal (272 kj)
Sumber : USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 14 July 2001): Bally (2006)
Penyimpanan Dingin
7 selama pematangan saat dipisah dari induknya sehingga menyebabkan mangga cepat rusak dan mudah terserang oleh mikroorganisme (Baloch et al. 2011).
Tingkat kerusakan mangga yang tinggi selama penanganan pascapanen dibutuhkan teknik yang tepat untuk meminimalisir kerusakan dengan salah satu cara penyimpanan dingin. Penyimpanan dingin ini bertujuan untuk memperpanjang umur simpan buah-buahan setelah panen. Kondisi penyimpanan yang optimal dimana kondisi lingkungan diatur sesuai dengan sifat fisiologi mangga dapat mempertahankan mutu mangga yang memungkinkan tidak terjadinya perubahan warna, cita rasa, dan bentuk.
Kondisi penyimpanan dingin dapat bermanfaat baik bagi produk karena dapat memperlambat proses metabolisme saat pematangan, akan tetapi juga dapat menyebabkan kerusakan jaringan pada beberapa jenis produk seperti buah-buah tropika yang cenderung berpengaruh terhadap penyimpanan dingin. Penyimpanan dingin mempunyai pengaruh terhadap bahan yang didinginkan seperti : kehilangan berat, kerusakan dingin, kegagalan untuk matang, dan kebusukan (Zainal 2012). Menurut Taub dan Singh (1998), contoh-contoh kerusakan dingin yang dapat terjadi selama penyimpanan dingin antara lain : reaksi browning,
kerusakan lemak, perubahan tekstur, perubahan warna, reaksi staling, dan
perubahan vitamin.
Near Infrared (NIR) Sprectrocopy
Sprektroskopi infra-merah dekat merupakan teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang infra-merah pada spektrum elektromagnetik (750-2500 nm). Yang berfungsi untuk mengidentifikasi senyawa kimia dalam analisis kuantitatif dan kualitatif. Dikatakan infra-merah dekat karena wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak. Dilihat dari segi aplikasi dan instrumentasi, spektrum infra-merah dibagi ke dalam tiga jenis radiasi, yaitu inframerah dekat, infra-merah pertengahan, infra-merah jauh. Daerah spectrum infra-merah dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Daerah spektrum inframerah
Daerah Gelombang (µm) Panjang Gelombang (cmBilangan -1) Frekuensi (Hz)
Dekat 0.75-2.5 10000 – 4000 3.0 x 1014 – 1.2 x 1014
Pertengahan 2.5-50 4000 – 200 1.2 x 1014 – 6.0 x 1012
Jauh 50-1000 200 – 10 6.0 x 1014 – 3.0x 1011
Near inframerah (NIR) adalah gelombang elektomanetik dengan panjang gelombang 750 – 2500 nm yang terletak antara gelombang cahaya tampak (visible light) dan cahaya inframerah. Spectroscopy adalah ilmu yang mempelajari
interaksi cahaya dengan atom dan molekul. Radiasi cahaya atau elektromagnetik dapat dianggap menyerupai gelombang (Creswell et al. 2005). Pada daerah NIR,
pita-pita penyerapan berhubungan dengan vibrasi overtone dan kombinasi. Pita
overtone terjadi akibat perubahan energi molekul saat energi foton, sedangkan pita Mulai
Mangga gedong gincu dengan umur petik 100 HSBM 91 buah dan 110 HSBM 91 buah
Pengangkutan
Model prediksi mutu
Selesai Pembersihan/pencucian n
Pengukuran NIR dan Pengukuran Parameter (padatan non terlarut,
susut bobot, kekerasan, TPT, keasaman, dan rasio gula asam) selama penyimpanan dingin
Sortasi
Penyimpanan pada suhu 8oC dan 13oC
Mengembangkan model kalibrasi dan validasi menggunakan NIR dengan
metode PLS (546) Pengolahan data spektra
8
kombinasi terjadi ketika penyerapan enegi foton membangkitkan dua atau lebih vibrasi secara serentak (Murray dan Williams 1990).
Model vibrasi akan memberikan pita penyerapan overtone dan kombinasi yang dapat diobservasi di daerah NIR. Sebagian besar spektra NIR didominasi oleh ikatan hidrogen yang melibatkan kelompok fungsional X-H, dengan X adalah atom karbon, nitrogen atau oksigen atau kombinasi yang melibatkan model vibrasi streching dan bending dari beberapa kelompok. Atom hidrogen merupakan
atom yang paling kuat. Ikatan hidrogen dapat berupa ikatan C-H, N-H, S-H, atau O-H , sebaliknya puncak-puncak ikatan C=O, C-C dan C-Cl sangat lemah bahkan tidak ada (Osborne et al. 1993, Blanco & Villarroya 2002. Pasquini 2003).
Gambar spektrum eloktromagnetik dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Spektrum elektromagnetik
Spectrometer adalah instrument atau alat yang digunakan untuk
mengaktifkan energi gelombang elektromagnetik tertentu. Spectrometer memiliki
detektor yang sesuai dengan daerah gelombang elektromagnetik yang berfungsi untuk menangkap kembali tingkat absorbsi energi oleh sampel. Instrumen yang digunakan pada spektrometer NIR dilengkapi dengan berbagai komponen yaitu sumber cahaya, detektor sampel, detektor optik dan sistem pengolahan data (Cen dan He 2007). Berdasarkan kebutuhan yang diinginkan instrumen NIR dapat digabungkan dengan perangkat lain yang tergantung dengan karakteristik sampel dan kondisi analisis. Sampel yang berbentuk padatan (solid/powder) dapat diukur dengan menggunakan instrumen yang dikenal dengan NIRFlex Fiber Optic Solids
dan NIRFlex Fiber Optic Liquids untuk sampel berupa cairan.
NIRFlex Fiber Optik Solids terintegrasi dengan NIRCal 5.2 yang
merupakan tempat peyimpanan database hasil pengukuran spektra berupa data reflektan. Spektrometer ini terdiri atas measurement cells, NIRFlex Solids, Detector Extended range InGaAs (Indium Galium Arsenide) pengontrol suhu),
dan operating temperature 5-35oC. Prinsip pengukuran spektra adalah
menembakkan cahaya dari lampu halogen ke sampel. Sebagian energi yang dipantulkan akan diterima oleh detektor sebagai data frekuensi getaran dan ditransformasikan dengan metode Fourier menjadi grafik dan reflektan (Falwil
9 Instrumen yang digunakan yaitu spektrometer NIRFlex N-500 (Gambar 4). Alat ini memberikan hasil analisis yang dapat diandalkan untuk pengendalian mutu serta penelitian dan pengembangan dalam industri farmasi, kimia, makanan, minuman, dan pakan. NIRFlex N-500 menyuguhkan berbagai macam model pengukuran sampel dan aksesoris untuk kinerja tinggi. NIRFlex akan berfungsi sesuai dengan kebutuhan harus dilengkapi dengan dengan kompnen-komponen tertentu. Komponen pendukung NIRFlex Fiber Optik Solids dapat dilihat pada
Gambar 3.
Menurut Zainal (2012) dalam aplikasi near infrared ada beberapa teknik
multivariat yang berbeda untuk menganalisis data spektrum NIR seperti Principal Component Analysis (PCA), Principal Component Regression (PCR), Partial Least Square (PLS), dan Multiple Linier Regression (MLR). PCA, PCR, PLS juga
dikenal sebagai “model bilinear”. Analisis data NIR dimanfaatkan tanpa
mempelajari hubungannya dengan sifat bahan yang diukur. Kegiatan mempelajari hubungan tersebut pada umumnya dilakukan dengan beberapa metode yaitu MLR, PCR, dan PLS. Menurut Burns dan Ciurezak (2006), teknik pemodelan matematika multivariat seperti PCR dan PLS digunakan untuk kalibrasi matematika pada spektrum NIR.
Gambar 3 Prinsip fungsional NIRFlex fiber optik solids (Falwil 2008)
Metode Kalibrasi dengan Partial Least Square (PLS)
Partial Least Square (PLS) adalah sebuah metode reduksi dimensi data,
10
dari banyaknya prediktor yang tidak relevan dengan keragaman data. Estimasi kesalahan prediktor ditingkatkan dengan cara validasi silang. Menurut Miller and Miller (2005), PLS menggunakan variable kombinasi linier dari variable prediktor dibandingkan variable asli.
Dalam spektra NIR regresi PLS adalah metode yang paling umum digunakan untuk memprediksi dengan variabel yang saling berhubungan. Analisis PLS untuk variabel Y matriks (komponen kimia) menjadi pertimbangan dengan X matriks variabel (data spektra NIR) dalam waktu yang sama. Sehingga analisis PLS dapat ditingkatkan untuk membentuk model regresi untuk memprediksi komponen kimia. Agar tujuan ini tercapai, baris matriks Y digunakan untuk menghitung unsur-unsur matriks X matematika. Baris matriks X digunakan untuk mencegah overfitting.
Beberapa faktor PLS dipilih sebagai masukan data yang ditetapkan untuk mesin kuadrat terkecil dengan fector sesuai dengan kehandalan akumulatif dari faktor (Liu dan He 2007). Regresi PLS basis orthogonal variabel laten dibangun satu demi satu sehingga sedemikian rupa yang berorientasi sepanjang arah kovarians maksimal antara X matrik spektra dan vector Y. Dengan cara ini memastikan bahwa variabel laten yang dipesan sesuai relevansi variabel tersebut untuk memprediksi Y-variabel. Interpretasi hubungan antara X-Y data dan data (model regresi) kemudian disederhanakan sebagai hubungan ini terkonsentrasi pada jumlah terkecil yang mungkin variabel lateens (Lengky 2012, Naes 1985).
Metode Kalibrasi dengan Principal Componen Analysis (PCA)
PCR yang sering dikenal dengan Principal Component Regression
merupakan teknik analisis multivariate yang terlebih dahulu mereduksi komponen dengan teknik Principal Component Analysis (PCA) kemudian dilanjutkan
dengan teknik analisis regresi atau komponen utama yang baru terhadap respon. Prinsip analisis komponen utama adalah mencari komponen utama yang merupakan kombinasi linear variabel asli.
Dalam PCR, penentuan PC hanya berdasarkan variasi maksimum data destruktif secara bersamaan. Metode PCR digunakan dalam membangun persamaan pendugaan variabel bebas yang sangat banyak dan memiliki hubungan erat antara variabel bebas dimana terjadinya kolerasi antara variable bebas atau tidak bebas bersifat saling bebas (multikoliaritas). Untuk mempermudah dan menghindari masalah multikolinearitas dengan sejumlah variabel yang lebih besar dari jumlah sampel, metode PCR dan PLS dapat mempermudah dalam menganalisis data (Pasquini 2003).
Metode analisis ini didasari pada pendeskripsian variasi sebuah set data multivariatif dengan sebuah data yang variabel-variabel baru yang tidak terkorelasi satu sama lain. Variabel-variabel baru merupakan kombinasi linear dari variabel asal yang diturunkan dalam arah menurun sehinga beberapa komponen pertama mengandung sebanyak mungkin variasi data asal.
11 spektrum kalibrasi. Keterpusatan akan meningktkan perbedaan halus antara spektra. Karena metode eigen-vektor menghitung komponen utama berdasarkan
perubahan data penyerapan, kemampuan perhitungan untuk menditeksi perbedaan antara spektrum kalibrasi akan meningkatkan persamaan. Disaat algoritma PCA memproses data pelatihan, maka dikurangi menjadi dua matriks utama, yaitu vector eigen dan nilai.
Aplikasi Spektroskopi Near Infrared
Penerapan teknologi Near Infrared dengan memanfaatkan sinar Infrared
bukan hal yang baru lagi. Pengaplikasian Near Infrared mulai dikembangkan
tahun 1950 pada bidang perindustrian yang difokuskan pada analisa kandungan kimia pada bahan. Teknologi Near Infrared juga diterapkan dibidang fisika,
fisiologi, obat-obatan, dan makanan. Pengaplikasian metode spektorkopi NIR dengan prinsip tidak merusak bahan juga mulai dikembangkan dibidang pertanian. NIR spectorocopy pertama kali digunakan pada bidang pertanian untuk
menentukan kadar air biji-bijian oleh Norris tahun 1964 (Nicolai et al. 2007).
Setelah itu NIR spectroscopy ramai digunakan untuk menganalisa kadar air,
protein dan lemak pada produk pertanian dan makanan.
Produk hortikultura juga bisa memanfaatkan metode NIR ini dalam proses
grading, sortasi, pemutuan internal, dan penentuan waktu panen. Pengukuran
menggunakan NIR pada produk hortikultura ditujukan pada kandungan kimianya yang berupa bobot kering bahan pada bawang, kandungan total padatan terlarut pada buah apple oleh dan kandungan kadar air jamur.
Penentuan kualitas produk hortikultura dapat dilakukan secara non destruktif dengan memanfaatkan metode NIR sudah diterapkan pada buah semangka dan melon. Parameter pemutuan ditentukan dari kadar Total Soluble Solid Content (TSS), Soluble Solid Content (SSC), warna daging buah, tingkat
kekerasan dan berat. Parameter mutu yang diukur dikorelasikan dengan dengan pengukuran NIR yang nantinya akan memprediksi mutu internal buah semangka dan melon berdasarkan tingkat ketuaan.
Karakteristik fisiologi buah mangga selama penyimpanan dapat diprediksi dengan menggunkan NIR spectroscopy. Model NIR yang dibangung pada
persamaan multi-liner regression (MLR), Principal Component Analysis (PCA),
dan Partial Least Square (PLS) menunjukkan hubungan dan akurasi yang tetap
dalam menentukan karakteristik fisiologi mangga. Dengan model MLR menunjukkan hasil SEP 1.223; 0.161; 17.14 dan 37.03. Nilai koefisien korelasinya 0.9276, nilai TSS 0.6085, nilai keasaman (pH) 0.8226 dan nilai kekerasan 0.9380. Dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa sistem pengukuran NIR spectroscopy dengan range spectra yang cocok digunakan untuk
menentukan faktor kematangan buah mangga (Schmilovitch et al. 2000).
Purwanto et al. 2012 menggunakan metode non destruktif juga pada buah
12
13oC). Model yang dikembangkan merupakan korelasi antara tingkat kekerasan dengan kandungan kadar air (Ahmad 2014).
Rasio kandungan gula dan asam pada mangga Gedong Gincu untuk tingkat kematang yang berbeda dengan menggunakan sistem difusi reflaktan NIR dapat dibangun dengan panjang gelombang 1400- 1975 nm. Rasio gula dan asam mangga gedong gincu dapat diprediksi pada panjang gelombang 1533, 1605, dan 1821 untuk gula dan asam berada pada panjang gelombang 1621, 1629, 1813, 1821, 1933, 1965, dan 1968 nm. Hasil korelasi dengan pengukuran destruktif menunjukkan adanya korelasi dengan pengukuran non destruktif dengan nilai R=0.92 dan R=0.98 (Purwadaria et al. 1995).
Dibandingkan dengan analisis kimiawi secara destruktif (merusak), Near Infrared Spectroscopy memiliki beberapa keunggulan diantaranya memiliki waktu
pengukuran yang sangat cepat (25 detik per sampel), tanpa perlu penyiapan sampel secara khusus (buah segar secara langsung bisa diambil sebagian sampelnya), bebas bahan-bahna kimiawi, bebas limbah dan dapat digunakan dalam proses penelitian kualitas buah secara terus menerus (continue dan on-line)
(Lengkey 2013)
3
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan November - Desember 2014 di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Penelitian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah mangga Gedong Gincu umur panen 100 hari dan 110 hari setelah bunga mekar (HSBM) yang berasal dari Cirebon Jawa Barat. Bahan lain yang digunakan adalah aquades, de-ionised water, larutan NaOH 0.1 N, larutan phenolphthalein (pp).
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Spektometer NIRFlex N-500
Fiber Optic Solid yang merupakan alat ukur secara non destruktif dari Buchi
Switzerland dengan panjang gelombang 800-2500 nm. Sedangkan peralatan destruktif yaitu refractometer atago PR-201 (mengukur kandungan padatan
terlarut pada suhu ruang) , rheometer model CR 300 DX-L (mengukur kekerasan), electrical conductivity (Horiba D-24) untuk mengukur ion leakage. Peralatan
lainnya adalah cold storage suhu 8oC dan 13oC, timbangan digital, kamera digital,
13
Metode Penelitian
Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan, yaitu proses pengukuran secara non destruktif dengan mengukur data spektum NIR, pengukuran secara destruktif, dan pengembangan model kalibrasi serta validasi dari data spketrum NIR dengan data pengukuran destruktif. Tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Diagram Alir Penelitian Mulai
Mangga gedong gincu dengan umur petik 100 HSBM 91 buah dan 110 HSBM 91 buah
Pengangkutan
Model prediksi mutu
Selesai
Pembersihan/pencucian
Pengukuran NIR dan Pengukuran Parameter (padatan non terlarut, ion leakage, susut bobot, kekerasan,
TPT, keasaman dan rasio gula asam) selama penyimpanan dingin
Sortasi
Penyimpanan pada suhu 8oC
dan 13oC
Mengembangkan model kalibrasi dan validasi menggunakan NIR
dengan metode PLS (546) Pengolahan data spektra
14
Proses pengambilan data spektrum NIR dilakukan dengan memberikan sinar infra-merah (NIR) pada mangga. Jumlah sampel yang digunakan adalah 182 buah (91 buah umur petik 100 HSBM dan 91 buah umur petik 110 HSBM). Pada pengukuran hari ke-0 (panen) digunakan 30 sampel (15 buah umur petik 100 HSBM dan 15 buah umur petik 110 HSBM) dan 20 buah digunakan untuk monitoring. Sisanya digunakan untuk pengukuran selama penyimpanan yang dilakukan 22 hari dengan selang pengukuran dua hari sekali pada 2 umur petik dan 2 suhu penyimpanan, sehingga setiap pengamatan ada 12 sampel. Kondisi pengukuran dilakukan pada suhu ruang.
Posisi pengukuran dilakukan pada tiga titik yang berbeda yaitu bagian pangkal, tengah dan ujung dari buah baik untuk pengukuran data destruktif dan non destruktif. Data non destruktif berupa data spektrum NIR dari titik yang akan diambil data destruktif.
Persiapan Sampel
Mangga yang sudah dipetik dari kebun dikemas dengan menggunakan peti kayu yang dilapisi dengan kertas karton untuk meminimalisir kerusakan selama transportasi dan dibawa ke Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP).
Sortasi dan Pencucian
Buah yang sudah dipanen dilakukan sortasi sehingga diperoleh buah yang bagus dan dilakukan pembersihan getah dan debu yang menempel pada kulit. Pembersihan dilakukan menggunakan kain yang dibasahi dan diusap pada sampel.
Pengukuran Reflektan NIR pada Buah Mangga Gedong Gincu
Reflektan NIR buah mangga Gedong Gincu diukur pada tiga titik yang berbeda, dengan menggunakan spektrometer NIRFlex N-500 Fiber Optic Solid
(Gambar 5)dengan panjang gelombang 1000 nm – 2500 nm dengan interval 0.4 nm. Instrumen ini dilengkapi dengan software pendukung seperti software
NIRWare operator dan NIRWare management console. Software NIRWare operator berfungsi untuk pengaturan data operasi pengukuran dan pengaturan data
pertama untuk kalibrasi sedangkan NIRWare management console berfungsi
sebagai bank data hasil pengukuran dan untuk pengolahan hasil spektrum. Lampiran 2 menunjukkan spesifikasi instrumen NIRFlex N-500 fiber optic solid.
15
Gambar 5 Perangkat NIRFlex N-500 Fiber Optic Solids
Pengukuran Kandungan Padatan Non Terlarut
Serat yang terkandung dalam daging buah mangga dapat dihitung dengan cara memotong daging buah sebanyak 10 gram dan dihancurkan. Daging yang sudah hancur disaring menggunakan saringan dengan ukuran 0.1 mesh. Daging atau serat kasar yang tidak lolos dalam saringan ditimbang lagi. Untuk memperoleh persentase padatan non terlarut yang terkandung dalam daging buah dapat dihitung dengan Persamaan 1
% �� � � � =� � �� � � + � � � � � × % (1)
Pengukuran Ion Leakage
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan 90 sampel (30 buah h-0 dan 60 selama 10 hari). Ion Leakage diukur berdasarkan perubahan nilai konduktivitas
listrik larutan dengan menggunakan Electrical Conductivity Meter (D-2
HORIBA). Daging buah dari sampel dipotong bentuk tabung dengan ukuran diameter 4 mm dan panjang 1 mm kemudian direndam di dalam de-ionised (20 ml) yang nilai koduktivitas listrik awalnya diketahui. Pengukuran dilakukan pada suhu ruang dengan selang waktu pengukuran selama 240 menit dengan selang 20 menit untuk 2 jam pertama dan selang 30 menit untuk 2 jam berikutnya. Nilai Ion Laekage yang terukur dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.
Ion leakage
100% 11
2
n n
n n
t
(2) Dimana
n1= nilai konduktivitas listrik menit ke-0 (awal)
n2= nilai konduktivitas listrik ke-n
16
Pengukuran Susut Bobot
Buah yang sama sebanyak 20 buah untuk masing-masing tingkat suhu selama penyimpanan ditimbang dengan menggunakan timbangan digital. Proses penimbangan dilakukan satu kali dalam dua hari untuk masing-masing suhu. Dimana bo merupakan berat bahan (gram) setelah disimpan pada masing-masing
suhu (8oC dan 13oC). Perhitungan susut bobot dapat dilihat pada Persamaan 3
Susu bobot 100% o
t o
b b b
(3) Dimana
bo= berat awal (gram)
bt= berat akhir /hari ke-n (gram)
Pengukuran Kekerasan
Tingkat kekerasan buah mangga dapat diketahui dengan menggunakan alat
rheometer. Sebelum pengujian buah mangga dengan alat rheometer terlebih
dahulu alat diposisikan pada kondisi mode: 20 ; R/H (hold): 10 mm; P/T (press) 30 mm/m; Rep.1:99 ; gaya maksimum 10 kg; dengan menggunkan probe nomor 38 (diamter = 2.5 mm).
Pengukuran Total Padatan Terlarut
Kandungan total padatan terlarut (TPT) pada buah mangga dalam satuan
obrix total padatan terlarut. Nilai TPT (obrix) diperoleh dengan menggunakan
refraktometer, dimana daging buah yang terdapat pada titik-titik yang sama dengan pengukuran reflektan dihaluskan dan diletakkan pada refraktometer.
Pengukuran Keasaman
Total keasaman dihitung dengan menggunakan metode titrasi. Mangga sebanyak 10 gram ditambahkan dengan 100 ml aquades dihomogenisasi dengan menggunakan blender, kemudian difiltrasi menggunakan kertas saring, 20 ml diambil dan diberi indikator phenolphthalein (pp) sebanyak 3 tetes. Filtrat kemudian dititrasi menggunakan NaOH 0.1 N hingga berwarna merah stabil. Total asam dapat dianalisis dengan menggunakan Persamaan 13. Dimana N adalah formalitas NaOH 0.1, faktor pengenceran (Fp= 100/20), Mr NaOH
merupakan massa molar NaOH (40), mg contoh (1000 mg) (AOAC 2000). Konsentrasi total asam pada mangga gedong gincu dapat dihitung dengan Persamaan 4
Total asam = � � × ×� × � � �
17
Rasio Gula dan Asam
Rasio kandungan gula dan asam dari mangga Gedong Gincu dapat dihitung dengan membandingkan kandungan gula dengan total asam dengan satuan
oBrix/%. Secara matematis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 5.
� � � � � � = � (5)
Pengolahan Data Spektra NIR
Pengolahan data spektra NIR dilakukan sebelum kalibrasi dan validasi, untuk mengeliminasi gangguan-gangguan yang terjadi selama pengambilan spektra. Spketra yang diperoleh dari NIR ditransformasikan menjadi spektra absorbansi. Model kalibrasi yang tepat dan bagus dilakukan proses pengolahan data. Pengolahan data berbeda-beda untuk tiap pengukuran yang tergantung kepada tipe dan komponen yang akan diprediksi.
Pengolahan awal (pretreatment) berupa normalisasi 0-1 dilakukan untuk
mengurangi variasi spektrum yang disebabkan perbedaan ukuran partikel (Andasuryani 2014).
Fungsi yang diperoleh membutuhkan proses smoothing yang berfungsi
untuk memilih penghalusan fungsi dengan teliti tanpa menghilangkan informasi spektum yang ada dan mengurangi noise dan memperkecil galat yang terjadi
selama pengukuran NIR dan analisis kimiawi laboratorium.
Tahapan dalam pembentukan fungsi berikutnya adalah turunan pertama Savitzky-Golay (dg1) berfungsi untuk mereduksi efek basis dari adanya pertambahan dari proses absorban (shoulder effect) serta menghilangkan masalah
basis kemiring persamaan regresi (Tiaprasit dan Sangpithukwong 2010).
Kalibrasi dan Validasi
Pengolahan data spektra NIR dan data acuan laboratorium dengan menggunakan metode PLS dilakukan menggunakan program NIRCal 5.2 (Buchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland) yang terintegrasi dengan spektrometer NIRFlex N-500. Data spektrum dibagi menjadi dua kelompok yaitu kalibrasi sekitar 2/3 dan validasi sekitar 1/3 dari total data yang ada. Tahapan proses kalibrasi dan validasi dapat dilihat pada Gambar 6.
Model kalibrasi merupakan model yang menunjukkan tingkat korelasi TPT, keasaman, ion leakage, kekerasan, dan susut bobot dengan reflaktan NIR
18
Gambar 6 Diagram alir proses kalibrasi dan validasi PLS
Evaluasi Hasil Kalibrasi dan Validasi
Kinerja dari model kalibrasi dievaluasi dengan membandingkan kandungan kimia (data referensi) dengan hasil prediksi NIR (Liu et al, 2010). Evaluasi
dilakukan berdasarkan Root Mean Square Error Calibration (RMSEC), Root Mean Square Error Prediction (RMSEP), dan Correlation Coefficient (r).
Variabel tersembunyi (latent variables /LV) merupakan suatu hal yang diinginkan
untuk mencegah model kebisingan. RMSEP dari parameter yang bersangkutan terhadap jumlah variabel tersembunyi digunakan untuk menentuan jumlah variable tersembunyi yang optimal. RMSEP, RMSEC dan nilai r dapat dihitung menggunakan Persamaan 6 dan 7.
� �, � =
n Y YNIR
2(6)
2 2
n n n
n
n n n n
Y Y X
X
Y Y X
X
19 Menurut William dan Norris (1990), model kalibrasi yang baik memiliki nilai RMSEP mendekati 0 atau kecil dari standar deviasi aktual, RMSEC dengan nilai sekecil mungkin, R2 > 0,91 (sangat baik). Selain itu parameter evaluasi
model pendugaan kandungan kimia dinyatakan dengan ratio of standard error of prediction to deviation (RPD). RPD adalah nisbah SD komponen kimia acuan
terhadap nilai SEP). Nilai RPD yang besar dari 1.5 dinyatakan model pendugaan layak , 2 dan 3 menyatakan persamaan baik untuk pendugaan kasar (rough screening), diantara 3 dan 5, potensial untuk pendugaan (screening potential),
antara 5 dan 8, dapat digunakan untuk analisis kontrol dan lebih besar dari 8 persamaan cocok untuk aplikasi analisis (Williams 1990; William dan Sobering 1993; Kahriman dan Egesel 2011). Nilai RPD dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 8.
� = � (8)
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu
Pendugaan kandungan kimia pada produk pertanian menggunakan metode spektroskopi infra-merah berdasarkan molekul dan kombinasi getaran ikatan-ikatan atom penyusun senyawa organik berupa O-H N-H, dan C-H (Aenugu et al.
2011). Getaran dan renggangan yang terjadi pada kelompok ikatan atom O-H N-H, dan C-H disebabkan energi yang diterima sampel yang dari pancaran radiasi NIR.
Penelitian ini menggunakan metode non destruktif menggunakan spektroskopi NIR untuk menduga kandungan kimia mangga gedong gincu berupa susut bobot, TPT, kekerasan, ratio gula asam, padatan non terlarut. Proses pendugaan dilakukan dengan menggunakan NIRFlex Solid Petri N-500 dengan output hasil pengukuran berupa data pantulan (reflectance). Energi yang
dipancarkan akan diserap dan sebagian lagi dipantulkan. Bahan organik yang dikenai radiasi NIR akan berinteraksi dalam beberapa bentuk yaitu pantulan (body reflection), pembiasan, penyerapan (absorption), penguraian (scattering),
penerusan cahaya (transmitten). Untuk bahan hanya 96% energi yang masuk dan
sisanya (4%) dipantulkan kembali ke permukaan luar (regular reflection). Energi
yang masuk pada bahan selanjutnya mengalami proses penyerapan pemantulan, penyebaran dan penerusan cahaya.
Nicolai et al. (2007) juga menyebutkan bahwa, radiasi yang mengenai
sampel maka akan terjadi 3 fenomena radiasi yaitu proses penyerapan (absorbed),
proses transmisi, dan proses pemantulan (reflected). Jumlah cahaya yang diserap
oleh bahan tergantung dari panjang gelombang, struktur fisik, kimia bahan, dan jarak radiasi ke dalam bahan (Aenugu et al. 2011). Dalam analisis memprediksi
20
spektra adalah linear. Sehingga diperlukan data absorban yang menunjukkan hubungan yang linear dan data reflektan harus diubah menjadi absorban (log 1/R). Nilai range data konsentrasi yang kecil tidak perlu ditransformasi menjadi absorban (log 1/R) tetapi tetap menggunakan data reflektan (R).
Pola spektra reflektan NIR mangga gedong gincu selama penyimpanan (Gambar 7) secara keseluruhan pola spektra yang terbentuk hampir sama. Jumlah pantulan radiasi dari sampel dijadikan sebagai data reflektan (R). Komponen mangga gedong gincu yang ada pada pita spektra reflektan NIR pada kisaran panjang gelombang tertentu ditandai dengan adanya respon molekul terhadap radiasi gelombang infra-merah berhubungan dengan vibrasi ikatan kimia X-H dan C-H. Spektra dengan panjang gelombang reflektan 1215-1395 adanya penyerapan ikatan atom C-H dengan kandungan CH2. Kandungan senyawa asam yang terdapat
dalam mangga dapa penelitian ini berhubungan dengan asam-asam organik seperti asam sitrat, asam malat, dan asam askorbat. Asam-asam ini mengandung ikatan atom C-H dengan struktur kimia CH2. Rasa manis pada mangga disebabkan
adanya kandungan gula berupa sukrosa, amilosa yang berada panjang gelombang 1765 nm. Pada panjang gelombang ini juga ditemukannya ikatan CH2 yang
mengidentifikasikan sebagai asam.
Gambar 7 Spektra reflektan NIR mangga Gedong Gincu selama penyimpanan Kandungan air yang tinggi pada mangga Gedong Gincu terlihat jelas pada karakteristik spektra reflektan NIR. Terjadinya penyerapan O-H dengan bentuk lembah yang dalam berada pada panjang gelombang 1411 nm dan 1888 nm. Pada gelombang spektra penyerapan terbesar terjadi pada molekul air. Hal ini disebabkan buah mangga memiliki kandungan air yang tinggi. Pada panjang gelombang tersebut serat kasar tidak dapat menyerap air. Sementara kekerasan berada pada panjang gelombang 1900 nm dengan adanya ikatan kimia CO2H yang
21 mangga gedong gincu dapat lihat pada Lampiran 2 yang berada pada spketra dengan gelombang reflektan yang sudah ditentukan (Osborns 1993).
Gambar 8 Spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu umur petik 110 HSBM
Gambar 9 Spektra reflektan NIR Mangga Gedong Gincu umur petik 100 HSBM
Mangga gedong gincu dengan indek panen 100 HSBM dan 110 HSBM secara keseluruhan memiliki bentuk spektra reflektan NIR yang hampir sama. Besarnya serapan yang terjadi pada mangga dengan indek panen 110 HSBM gelombang spektra reflektan berada paling bawah (Gambar 8). Berbeda dengan mangga yang indeks panennya 100 HSBM dengan posisi gelombang spektra berada di bagian atas (Gambar 9). Hal ini disebabkan oleh kandungan bahan yang lebih dominan pada mangga adalah air (H2O), sehingga terjadinya penyerapan
22
Proses penyimpanan yang dilakukan selama 22 hari juga mempengaruhi bentuk reflektan gelombang spektra. Nilai reflektan akan semakin menurun selama penyimpanan. Karena mangga gedong gincu yang disimpan mengalami proses pematangan dengan kandungan air yang lebih banyak. Akibatnya terjadinya penyerapan yang besar dan reflektan mengalami penurunan.
Perubahan Fisiologi Mangga Gedong Gincu Selama Penyimpanan
Tingkat kematang buah tropik dan subtropik sangat berpengaruh terhadap proses pematangan dan umur simpan buah-buahan. Waktu pemanenan yang ideal berhubungan dengan kualitas buah setelah panen dan dapat memperpanjang umur simpan. Indikator buah mangga yang ideal untuk panen dapat dilihat dari benuk buah, warna internal, kandungan kimia dan nutrisi, dan perubahan warna luar tiap jenis mangga (Yahia et al. 2011).
Mangga merupakan buah klimakterik yang dipanen pada fase matang dan terus mengalami proses pematangan sampai matang fisiologis selama penyimpanan dan transportasi. Selama proses penyimpanan buah mengalami perubahan baik fisik maupun kimia yang terdiri dari tekstur, kandungan pati, karotenoid, konsentrasi asam, pH. Perubahan ini akan terus berlangsung sehingga mencapai puncak klimaterik (Narayana et al. 2000). Perlakuan prapanen dan
pasca panen memberikan efek terhadap kualitas, kandungan nutrisi, vitamin dan mineral. Perubahan tersebut merupakan indikator mutu dalam supply chain dan
manajemen pascapanen (Baloch et al. 2012).
Kondisi penyimpanan berupa suhu penyimpanan sangat mempengaruhi fisiologi mangga. Baloch et al. 2012 menambahkan bahwa suhu penyimpanan
yang berbeda juga memberi efek yang berbeda terhadap karakteristik kualitas. Penelitian ini perubahan fisiologi yang diamati meliputi kandungan padatan non terlarut, chilling injury, susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut, konsentrasi
asam, dan rasio gula asam.
Padatan non terlarut
Mangga Gedong Gincu jika dilihat secara visual memiliki padatan non terlarut yang terlihat seperti padatan non terlarut. Seiring dengan proses pematangan kandungan padatan non terlarut akan semakin kelihatan lebih jelas. Gambar perubahan konsentrasi padatan non terlarut mangga Gedong Gincu selama penyimpanan dingin dapat dilihat pada Gambar 10. Grafik pada gambar tersebut memperlihatkan bahwa mangga mengalami peningkatan padatan non terlarut. Peningkatan paling besar terjadi pada mangga yang disimpan pada suhu 13oC dan umur panen 110 HSBM, karena mangga sudah cukup matang. Sementara mangga dengan umur panen 110 HSBM yang disimpan pada suhu 8oC
proses pematangan terhambat, sehingga konsentrasi padatan non terlarut yang terbentuk juga melambat dan sedikit.
23 mampu menyerap air. Serat berasal dari dinding sel yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan pektin yang terdapat pada sayuran atau buahan. Monosakarida (glukosa dan fruktosa) yang terdapat pada bahan akan membentuk polisakarida pada rantai polimer dengan ikatan glikolisit. Polisakarida nantinya membentuk gelatin atau perekat (pembentuk ikatan), sehingga butiran yang terbentuk akan menjadi granula dan pada permukaan akan terbentuk serat. Serat kasar ini berfungsi sebagai penguat tekstur yang memberikan bentuk atau struktur tanaman. (Behera et al. 2009).
Gambar 10 Perubahan konsentrasi padatan non terlarut mangga Gedong Gincu penyimpanan
Pada gambar di atas menunjukka bahwa keberagaman mangga yang digunakan mempengaruhi kandungan padatan non terlarut selama penyimpanan. Keberagaman ini disebabkan adanya kesalahan operator atau petani dalam menentukan umur petik mangga. Mangga yang disimpan pada suhu 8oC pada hari
keempat penyimpanan mengalami gelaja chilling injury. Proses metabolisme
mangga yang tidak normal menghambat proses pematangan buah selama penyimpanan. Mangga yang tidak matang menyebabkan proses degradasi pati dan komponen total padatan terlarut tidak sempurna yang berpengaruh terhadap kandungan padatan non terlarut mangga. Berbeda dengan mangga yang matang maksimal yang disimpan pada suhu 13oC dimana kandungan serat kasar semakin
meningkat dan secara visual kelihatan lebih jelas. Mangga yang disimpan pada suhu opimum (13oC) tidak mengalami gejala chilling injury.
Kebocoran Ion (Ion Leakage)
Mangga Gedong Gincu selama dilakukan penyimpanan dingin mengalami perubahan fisik. Setiap suhu penyimpanan yaitu suhu 8oC dan 13oC memberikan
efek yang sama, namun kecepatan perubahan yang berbeda. Ion leakage menjadi indikator hilangnya ion dari sel membran selama pematangan atau muncul karena steres dan kerusakan mekanik (Dea et al. 2010). Dalam organel-organel sel,
molekul atau senyawa ion dan air mengalami perpindahan. Perpindahan dapat 6
7 8 9 10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Pad
atan
n
on
ter
lar
ut
(%)
Lama pengamatan (hari)
24
0 20 40 60 80
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Per
sen
tase
per
ub
ah
an
laj
u
io
n
lea
ka
g
e
(%)
Lama pengamatan (menit)
berlangsung sesuai dengan baik diatur oleh membran. Dimana membran mempermudah pergerakan molekul air dan ion atau senyawa lainnya (Lakitan 1993). Gambar 11 memperlihatkan perubahan tingkat kebocoran ion mangga gedong gincu sebelum dilakukan penyimpanan. Pengukuran tingkat kebocoran ion dilakukan selama 5 hari penyimpanan.
[image:39.595.118.438.266.468.2]Dari Gambar 12, 13, 14, 15, dan 16 menunjukkan perubahan ion leakage mangga yang dilakukan penyimpanan dingin. Tingkat kebocoran ion antara mangga umur panen 100 HSBM dan 110 HSBM mengalami kenaikan yang besar terjadi pada menit ke 150. Secara visual kebocoran ion ini belum menunjukkan gejala chilling injury pada kulit buah. Pada kondisi ini buah tidak mengalami kerusakan atau stres akibat suhu penyimpanan. Selain itu pada hari ke-0 buah belum dilakukan penyimpanan dingin dan berada pada kondisi suhu ruang.
Gambar 11 Perubahan laju ion leakage pada hari ke-0
Dea et al. 2010 menambahkan bahwa mangga dengan jenis Kett yang
disimpan pada suhu rendah 5oC dan 12oC mengalami kerusakan akibat suhu
rendah. Buah mangga yang disimpan dengan kondisi di bawah suhu optimum menyebabkan kerusakan membran sel. Suhu yang rendah menyebabkan lipid dan protein sebagai penyusun membran sel mengalami ketegangan plastis.
Mangga Gedong Gincu yang disimpan selama 22 hari pada suhu suhu 8oC
dan 13oC mengalami peningkatan kebocoran ion. Perubahan tingkat kebocoran
dapat dilihat pada Gambar 11-16. Pada hari ke 4 terjadi tingkat kebocoran yang tinggi yang ditandai dengan adanya kerusakan chilling injury atau bercak coklat
pada dinding kulit seperti yang terlihat pada Gambar 17. Laju perubahan ion leakage mulai terjadi pada hari ke empat dengan ditandai slope ion leakage mulai
meningkat seperti pada Gambar 15-
