3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada bulan September 2007 sampai dengan bulan Maret 2008.
3.2 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah mangga arumanis dan lalat buah. Mangga arumanis yang digunakan adalah mutu I asal Probolinggo yang didapat dari pasar buah Kramatjati, Jakarta Timur. Mangga arumanis jumlahnya 100 buah dengan umur tiga hari setelah panen yang dikelompokkan menjadi dua bagian, lima puluh buah digunakan untuk pembuatan model dan sisanya digunakan untuk validasi model.
Sementara lalat buah yang digunakan adalah spesies Bactrocera dorsalis, spesies lalat buah yang menjadi hama utama buah mangga. Lalat buah diambil dari kebun percobaan IPB yang berlokasi di Tajur, Bogor. Untuk membiakkan lalat buah diperlukan pakan lalat buah berupa larutan gula dan buah pepaya sebagai media investasi telur. Selain itu juga diperlukan serbuk gergaji sebagai media pupa/kepompong sebelum berubah menjadi lalat buah.
Peralatan yang diperlukan adalah perangkat pengembangbiakan dan investasi lalat buah, yang terdiri dari sebuah kandang lalat dengan ukuran 120 cm x 160 cm x 120 cm, dua buah kandang dengan ukuran 50 cm x 60 cm x 50 cm, dan satu buah kandang berukuran 50 cm x 60 cm x 40 cm, serta delapan belas toples mika. Kandang besar terbuat dari kayu dan kawat kasa, digunakan sebagai tempat melindungi kandang yang kecil, sedangkan kandang kecil terbuat dari kayu, kain kasa dan plastik transparan. Kandang kecil ini tempat mengembangbiakkan dan investasi lalat buah. Toples berisi air dipasang pada masing-masing kaki kandang besar agar semut tidak masuk ke dalam kandang lalat, selain itu toples juga digunakan sebagai tempat serbuk gergaji dan larutan
gula. Kandang tempat mengembangbiakkan dan investasi lalat buah disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5 Kandang tempat mengembangbiakkan dan investasi lalat buah. Perangkat pengukur gelombang ultrasonik yang digunakan merupakan rancangan Juansah (2005). Rangkaian tersebut meliputi tranduser pemancar dan tranduser penerima gelombang ultrasonik yang terbuat dari bahan piezoelektrik, dudukan tranduser yang dilengkapi pengukur ketebalan sample, oscilloscope digital, ultrasonik transmiter dan personal komputer. Tranduser berbentuk tabung dengan ujung berbentuk lancip, diameter tabung 2.95 cm, panjangnya 7.05 cm dan frekuensi yang dipancarkan besarnya 50 kHz. Dudukan tranduser dapat diatur posisinya sehingga memudahkan mengukur ketebalan mangga yang dilalui gelombang ultrasonik. Bagian-bagian perangkat pengukur gelombang ultrasonik ditampilkan pada Lampiran 2.
Selain itu peralatan yang digunakan adalah jangka sorong, timbangan digital dan pisau. Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter kerusakan buah, timbangan digital digunakan untuk menimbang berat larva sedangkan pisau digunakan untuk membelah mangga sehingga dapat dilihat kerusakan bagian dalamnya.
3.3 Prosedur Penelitian dan Parameter Pengamatan
Diagram alir prosedur penelitian ditampilkan pada Gambar 7. Langkah pertama yang dilakukan adalah mengembangbiakkan lalat buah. Induk lalat buah yang diambil dari kebun percobaan IPB dimasukkan ke dalam kandang. Bahan-bahan lain yang harus dimasukkan ke dalam kandang adalah larutan gula, serbuk gergaji dan buah pepaya. Larutan gula yang ditempatkan pada toples yang telah dialasi tisu merupakan pakan buatan untuk lalat. Larutan gula diganti setiap dua hari sekali. Pepaya diperlukan sebagai media tempat investasi telur lalat.
Lalat buah betina dibiarkan meletakkan telur ke dalam buah dengan menusukkan ovipositor-nya (alat peletak telur). Bekas tusukan itu ditandai adanya noda/titik hitam yang tidak terlalu jelas dan hal ini merupakan gejala awal serangan lalat buah. Telur lalat dibarkan berubah menjadi larva, dalam waktu 2 sampai 3 hari. Larva dibiarkan keluar dari buah (melenting) ke serbuk gergaji sebelum larva itu berubah menjadi pupa. Pupa dibiarkan selama 4-10 hari sehingga pupa berubah menjadi lalat buah dewasa (imago). Lalat dikembangbiakkan dalam kandang lalat hingga mencapai lebih dari 100 ekor.
Langkah kedua adalah mangga arumanis dimasukkan ke dalam kandang lalat yang di dalamya telah terisi lalat buah dewasa agar buah mangga arumanis terinvestasi telur lalat, setiap kandang diisi sebanyak 10 buah sehingga setiap tahap terdapat 30 buah mangga yang dikondisikan terinvestasi lalat buah. Selain itu, setiap tahapnya juga dikondisikan 20 mangga arumanis yang tidak diinvestasi lalat buah. Setelah tiga hari mangga arumanis yang ada dalam kandang lalat buah diperiksa keberadaan larva yang ada di dalamnya, biasanya ditandai adanya bercak coklat. Mangga yang diduga telah terinvestasi lalat buah dilakukan pengukuran, namun yang diduga belum terinvestasi maka dimasukkan kembali ke kandang hingga hari kelima. Pada hari kelima semua mangga yang dikondisikan
terinvestasi diukur gelombang ultrasoniknya. Pengukuran mangga yang dikondisikan tidak terserang lalat buah diukur gelombang ultrasoniknya pada hari ketiga dan kelima.
Gambar 7 Diagram alir prosedur penelitian. Investasi telur lalat
pada mangga sehat Mulai
Pengembangbiakan lalat buah
Mangga terinvestasi lalat buah dan mangga normal
Pengukuran ultrasonik Pengukuran dimensi Pengukuran berat Pengukuran kerusakan mangga Kecepatan, ultrasonik, atenuasi dan zero moment
Data dimensi mangga
Data berat mangga
Volume kerusakan, jenis kerusakan, fase lalat dan beratnya
Hubungan antar parameter
Pendugaan tingkat kerusakan buah mangga akibat lalat buah
Langkah selanjutnya adalah pengukuran gelombang ultrasonik. Ultrasonik tester dan oscilloscope dinyalakan, buah mangga diletakkan di atas dudukan buah dengan pososi b (Gambar 8) dan dicatat jarak antara kedua tranduser, yang ditunjukkan pada mistar pada dudukan tranduser. Pengukuran hanya dilakukan dengan posisi b karena pada posisi ini gelombang ultrasonik yang dipancarkan tranduser melewati bagian daging buah yang tebal. Sementara lalat buah seringkali menyerang buah mangga pada daging buah yang tebal ini, sehingga dengan posisi b keberadaan ulat atau telur lalat buah dapat terdeteksi.
Pengaturan digital oscilloscope harus diperhatikan selama melakukan pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik, pada penelitian ini sweep yang digunakan adalah 1:16, base time adalah 400 s/d, dan trigger mode yang digunakan adalah auto, sedangkan load data dan save data yang digunakan adalah sdata.
Pulsa frekuensi gelombang ultrasonik yang melewati mangga direkam dan disimpan pada program microsoft excel, pulsa frekuensi yang direkam harus mengandung pulsa trigger, karena pulsa frekuensi trigger diperlukan untuk mengetahui waktu tempuh gelombang ultrasonik pada medium mangga arumanis. Pulsa frekuensi gelombang ultrasonik digunakan sebagai data untuk menghitung kecepatan gelombang ultrasonik, atenuasi dan nilai Mo. Pengukuran gelombang ultrasonik dilakukan terhadap 30 buah mangga arumanis yang diduga terinvestasi lalat buah dan 20 buah mangga arumanis yang tidak terserang lalat buah. Proses pengukuran gelombang ultrasonik ditampilkan pada Gambar 9.
(a) posisi a (b) posisi b (c) posisi c
Gambar 8 Posisi pengukuran diameter buah mangga arumanis.
Setelah didapat data pengukuran ultrasonik, mangga arumanis diukur diameternya dan terakhir mangga dibuka bagian dalamnya untuk dilihat kerusakan, diukur diameter dan ketebalan kerusakannya serta ditimbang berat larva yang ada di dalam buah mangga arumanis. Diameter dan ketebalan
kerusakan digunakan sebagai data untuk menghitung volume kerusakan. Volume kerusakan dihitung dengan menggunakan rumus pada Persamaan 5.
h d V 2 4 1 (5)
Dimana V adalah volume kerusakan (cm3), d adalah diameter kerusakan (cm) dan h adalah ketebalan kerusakan (cm).
Berat larva didapat dengan menimbang larva yang telah dipisahkan dan dibersihkan dari daging buah dengan menggunakan timbangan digital. Alat pengukur ditampilkan pada Lampiran 3.
Pengukuran terhadap 50 buah mangga pada bagian pertama digunakan untuk membuat model kerusakan buah mangga arumanis akibat lalat buah. Pengukuran yang sama dilakukan terhadap 50 buah mangga, 30 buah mangga dikondisikan terserang lalat buah dan 20 mangga yang tidak terserang lalat buah untuk menvalidasi model kerusakan mangga arumanis akibat lalat buah.
Gambar 9 Bagan pengukuran gelombang ultrasonik.
3.4 Analisis Data
3.4.1 Kecepatan Gelombang Ultrasonik
Kecepatan gelombang ultrasonik dianalisis dengan menggunakan data keluaran dari digital oscilloscope yang terlihat dalam layar monitor yang telah disimpan dalam bentuk data excel (Lampiran 4). Data yang sudah disimpan
Digital oscilloscope Personal computer
Tranduser pemancar Tranduser penerima Mangga Ultrasonik tester
kemudian diubah menjadi grafik gelombang dan dicatat titik pertama gelombang menembus bahan dan titik gelombang saat gelombang keluar dari bahan dan diterima oleh receiver tranducer (tranduser penerima). Data ini digunakan sebagai data waktu perambatan gelombang pada medium mangga arumanis.
Data hasil pengukuran diameter buah dan data waktu digunakan untuk menghitung nilai kecepatan gelombang ultrasonik berdasarkan Persamaan 6. Kecepatan gelombang ultrasonik di udara diperoleh melalui pengukuran kalibrasi dengan kecepatan ultrasonik yang sebenarnya di udara, kecepatan gelombang ultrasonik di udara adalah 340 m/s, dari sini diperoleh konstanta (c) yang dapat digunakan untuk menghitung kecepatan gelombang ultrasonik yang sebenarnya pada buah mangga arumanis. Kecepatan gelombang ultrasonik pada buah mangga arumanis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 7.
t s v (6) c v V . (7)
Dimana V adalah kecepatan gelombang ultrasonik yang sebenarnya pada buah mangga (m/s), sedangkan v adalah kecepatan gelombang ultrasonik pada buah hasil pengukuran (m/s) dan secara berturut-turut s, t, c masing-masing adalah diameter buah atau jarak antara transmitter dan receiver (m), waktu tempuh gelombang ultrasonik (s) dan konstanta. Data kecepatan gelombang ultrasonik pada buah mangga arumanis dihubungkan dengan tingkat kerusakan buah.
3.4.2 Koefisien Atenuasi
Koefisien atenuasi () dihitung dengan mengonversi tegangan sinyal yang dikirim dan yang diterima setelah menempuh jarak tertentu menjadi grafik gelombang. Grafik gelombang digunakan untuk menentukan amplitudo gelombang, selain itu juga harus diukur amplitudo gelombang pada kondisi jarak antara tranduser pemancar dan penerima 2 mm, pengukuran ini digunakan untuk menentukan nilai Ao (amplitudo mula-mula / amplitudo gelombang ultrasonik sebelum melewati medium). Koefisien atenuasi dihitung dengan menggunakan persamaan (3). Koefisien atenuasi pada mangga yang terserang lalat buah dibandingkan dengan nilai koefisien atenuasi pada mangga yang tidak terserang lalat buah.
3.4.3 Zero Moment Power (Mo)
Hasil pengukuran gelombang ultrasonik berupa hubungan antara amplitudo dan waktu ditransformasikan dengan menggunakan FFT (Fast Fourier Transform) menjadi hubungan antara power spectral density dengan frekuensi. Transformasi ini menggunakan program Matlab. Sifat gelombang ultrasonik dikuantifikasi dengan menerapkan metode analisis sinyal berdasarkan power spektral density. Zero moment power (Mo) didefinisikan sebagai luasan di bawah power spectral. Source code pengolahan nilai Mo disajikan pada Lampiran 5.
3.4.4 Model Pendugaan Kerusakan
Setelah didapat data karakteristik gelombang ultrasonik yang berupa kecepatan gelombang ultrasonik di dalam buah mangga, koefisien atenuasi dan zero moment power, dilakukan kajian terhadap karakteristik gelombang ultrasonik pada buah mangga arumanis yang terserang lalat buah, dilanjutkan dengan kajian hubungan antara kerusakan mangga arumanis akibat serangan lalat buah dengan karakteristik gelombang ultrasonik. Kajian meliputi berat larva fungsi dari kecepatan, koefisien atenuasi dan zero moment power (berat larva: f(v,,Mo)), volume kerusakan fungsi dari kecepatan, koefisien atenuasi dan zero moment power (volume kerusakan: f(v,,Mo)) dan diameter kerusakan fungsi dari kecepatan, koefisien atenuasi dan zero moment power (diameter kerusakan: f(v,,Mo)).
Selanjutnya disusun model pendugaan kerusakan buah mangga arumanis akibat lalat buah berdasarkan karakteristik gelombang ultrasoniknya yang memiliki korelasi yang baik. Model pendugaan yang didapat kemudian divalidasi dan dianalisis kesalahannya.
