PENENTUAN KERUSAKAN UBI JALAR UNGU SECARA
NON
-
DESTRUKTIF MENGGUNAKAN KARAKTERISTIK
GELOMBANG ULTRASONIK
FAUZI RIZKI MZ
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penentuan Kerusakan Ubi Jalar Ungu Secara Non-destruktif Menggunakan Karakteristik Gelombang Ultrasonik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. 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 skripsi ini
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor
Bogor, Juni 2017 Fauzi Rizki MZ
ABSTRAK
FAUZI RIZKI MZ. Penentuan Kerusakan Ubi Jalar Ungu Secara Non-destruktif Menggunakan Karakteristik Gelombang Ultrasonik. Dibimbing oleh SUTRISNO. Ubi ungu varietas ayamurasaki merupakan salah satu umbi-umbian yang mengandung antosianin dan banyak dimanfaatkan dalam industri pangan. Hama lanas (Cylas formicarius F) adalah hama utama ubi jalar yang umumnya menyerang bagian umbi saat budidaya ataupun saat penyimpanan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik transmisi gelombang ultrasonik pada ubi ungu dan mengkaji hubungan karakteristik gelombang tersebut dengan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas untuk pendugaan kerusakan ubi ungu secara non-destruktif. Sampel sebanyak 60 ubi ungu sehat dan 45 ubi ungu terserang hama lanas diperoleh dari petani daerah Ciampea Bogor. Sampel dibagi menjadi 2 bagian, yaitu 2/3 bagian digunakan dalam penyusunan model dan 1/3 bagian untuk validasi model. Karakteristik gelombang ultrasonik pada ubi ungu yang baru dipanen diuji menggunakan sistem pengukuran gelombang ultrasonik dengan frekuensi 50 KHz. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata kecepatan dan Mo ubi ungu terserang hama lanas berturut-turut adalah 247.32 ms-1 dan 19.43, sedangkan pada ubi ungu sehat adalah 235.15 ms-1 dan 18.72. Rata-rata koefisien atenuasi pada ubi ungu terserang hama lanas adalah 40.06 Np/m, sedangkan pada ubi ungu sehat sebesar 42.69 Np/m. Hasil analisis diskriminan dalam pembuatan model pendugaan kerusakaan ubi ungu akibat serangan hama lanas menggunakan karakteristik gelombang ultrasonik, diperoleh persamaan diskriminan linier untuk mengelompokkan ubi ungu sehat dan terserang hama lanas. Ketepatan pengelompokan cukup tinggi, yaitu sebesar 85.71 % sehingga fungsi diskriminan yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengelompokkan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas.
Kata kunci : analisis diskriminan, hama lanas, ubi ungu, ultrasonik ABSTRACT
FAUZI RIZKI MZ. Determination the Damage of Purple Sweet Potatoes Non-Destructively Using Ultrasonic Wave Characterization. Supervised by SUTRISNO. Ayamurasaki variety of purple sweet potatoes is one of the tubers plant that containing anthocyanin and widely used in food industry. Sweetpotato weevil (Cylas formicarius F) are the serious pest of sweet potatoes that commonly infect tubers during cultivation or storage. This study aimed to analyze the ultrasonic wave characterization of purple sweet potatoes and analyze the relationship between its ultrasonic wave characteristiscs with damage of purple sweet potatoes caused by weevil attact to predict their damage non-destructively. Sixty of health and 45 of infected purple sweet potatoes provided as sample that directly provided from farmer in Ciampea, Bogor. Sample divided into 2 groups, the first group of 2/3 part were used in developing the model and second group of 1/3 part were used as validation model. Ultrasonic wave characterization of purple sweet potatoes that
harvested was tested using ultrasonic wave measurement apparatus with 50 KHz frequency. The result showed that the average wave velocity of infected purple sweet potatoes was 247.32 ms-1 and Mo value was 19.45, while wave velocity of health purple sweet potatoes was 235.15 ms-1 and Mo value was 18.72. The average attenuation coefficient of infected purple sweet potatoes was 40.06 Np/m, while in health purple sweet potatoes was 42.69 Np/m. Result of discriminant analysis obtained a linear discriminant model that can distinctly separated of health and infected purple sweet potatoes. Accuracy of this grouping was highly enough, around 85.71%, so that the discriminant function can be used to grouping the health and infected purple sweet potatoes.
Keywords: discriminant analysis, purple sweetpotato, sweetpotato weevil, ultrasonic
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PENENTUAN KERUSAKAN UBI JALAR UNGU SECARA
NON
-
DESTRUKTIF MENGGUNAKAN KARAKTERISTIK
GELOMBANG ULTRASONIK
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2017
PRAKATA
Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema yang dipilih oleh Penulis dalam penelitian yang dilaksanakan pada bulan Februari sampai Mei 2017 adalah pendugaan kerusakan ubi jalar secara non-destruktif dengan judul Penentuan Kerusakan Ubi Jalar Ungu Secara Non-destruktif Menggunakan Karakteristik Gelombang Ultrasonik.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof Dr Ir Sutrisno, M Agr sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan banyak bimbingan dan pengarahan sehingga tulisan ini dapat diselesaikan. Terima kasih Penulis ucapkan kepada staf dan dosen Teknik Mesin dan Biosistem, Staf laboratorium TPPHP, Novita MZ, Yudha Palastra, Waqif Augusta, Cristiyandi Hawino, Maman Setiawan, M. Iqbal Effendy dan teman-teman anggota Pakuan Squad yang ikut membantu pelaksanaan penelitan ini. Terima kasih Penulis ucapkan kepada kedua orang tua dan keluarga yang terus memberikan semangat dan doa yang tidak pernah putus.
Penulis menyadari dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat kesalahan dan kekurangan, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis hargai demi kesempurnaan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2017
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 2Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L.) 2
Kualitas Ubi Jalar 4
Hama Lanas (Clays formicarius Fabricius) 4
Gelombang Ultrasonik 5
Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik pada Produk Pertanian 6
METODOLOGI 7
Waktu dan Tempat Penelitian 7
Bahan dan Alat 7
Prosedur Penelitian 8
Analisis Data 10
Pembuatan Model 12
Analisis Diskriminan 12
Validasi Model 13
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Kerusakan Ubi Jalar Ungu Akibat Serangan Lanas 13
Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik pada Ubi Ungu Varietas
Ayamurasaki Sehat dan Terserang Hama Lanas 15
Model Pendugaan Batas Kerusakan Ubi ungu Menggunakan Karakteristik
Gelombang ultrasonik 18
Validasi Model Pendugaan Kerusakan Ubi jalar Ungu Akibat Hama Lanas 20 Model Pendugaan Serangan Lanas Berdasarkan Kombinasi Karakteristik
Gelombang Ultrasonik 23
SIMPULAN DAN SARAN 26
Simpulan 26
Saran 26
DAFTAR PUSTAKA 27
LAMPIRAN 30
DAFTAR TABEL
1 Karakteristik ubi jalar ungu varietas Ayamurasaki 3
2 Spesifikasi persyaratan khusus mutu ubi jalar 4
3 Interval nilai koefisien korelasi dan kekuatan hubungannya 11
4 Kesalahan klasifikasi diskriminan 13
5 Hasil sortasi ubi jalar ungu varietas ayamurasaki secara manual 14 6 Rata-rata kekerasan dan kadar air ubi ungu sehat dan terserang lanas 14 7 Rata-rata nilai karakteristik transmisi gelombang ultrasonik pada ubi
ungu sehat dan terserang hama lanas 15
8 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan kecepatan
gelombang 21
9 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan koefisien atenuasi
gelombang ultrasonik 22
10 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan Mo 23
11 Uji multikolinieritas antar variabel penduga 23
12 Hasil uji kesamaan matriks kovarian 24
13 Hasil uji vektor rataan 25
14 Kesalahan pengelompokan ubi ungu menggunakan analisis diskriminan berdasarkan karakteristik gelombang ultrasonik 26
DAFTAR GAMBAR
1 Bagan pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik 8
2 Diagram alir prosedur penelitian 10
3 Ubi jalar ungu sehat (b) ubi jalar ungu terserang lanas 14 4 Sebaran kecepatan gelombang ultrasonik terhadap kekerasan ubi ungu
sehat dan terserang hama lanas 16
5 Sebaran kecepatan gelombang ultrasonik terhadap kadar air ubi ungu
sehat dan terserang hama lanas 16
6 Sebaran data koefisien atenuasi terhadap kekerasan pada ubi ungu sehat
dan terserang hama lanas 17
7 Sebaran nilai Mo terhadap kekerasan ubi ungu sehat dan terserang hama
lanas 18
8 Rata-rata kecepatan gelombang ultrasonik pada ubi jalar ungu sehat dan
ubi jalar ungu terserang hama lanas 18
9 Rata-rata koefisien atenuasi pada ubi jalar ungu sehat dan ubi jalar ungu
terserang hama lanas 19
10 Zero moment power pada ubi jalar ungu sehat dan ubi jalar ungu
terserang hama lanas 20
11 Validasi model pendugaan serangan hama lanas pada ubi ungu
menggunakan cepat rambat gelombang ultrasonik 21
12 Validasi koefisien atenuasi ubi ungu sehat dan terserang lanas 22 13 Validasi model pendugaan kerusakan ubi ungu menggunakan Mo 23 14 Plot kuartil khi-kuadrat uji normalitas multivariate 24 15 Plot pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi jalar ungu terserang hama
DAFTAR LAMPIRAN
1 Alat ukur gelombang ultrasonik, kadar air, kekerasan dan bahan 31
2 Perambatan gelombang ultrasonik 32
3 Model pendugaan kerusakan ubi jalar ungu akibat serangan hama lanas 33 4 Validasi model pendugaan kerusakan ungi ungu akibat serangan hama
lanas 35
5 Uji statistika kadar air, kekerasan, dan sifat akustik gelombang
ultrasonik pada ubi jalar ungu 36
6 Kodingan Zero Moment Power Menggunakan Program Matlab 37 7 Hasil pengolahan Mo menggunakan program Matlab 38
PENDAHULUAN
Latar BelakangUbi jalar merupakan salah satu dari tujuh komoditas utama tanaman pangan, meliputi padi, jagung, kedelai, kacang tanah, kacang hijau, ubi kayu dan ubi jalar (Julita 2012). Ubi jalar memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi, digunakan sebagai bahan pangan, pakan dan bahan baku industri. Terdapat berbagai jenis ubi jalar di Indonesia, seperti ubi putih, ubi kuning, ubi jingga dan ubi ungu. Masing-masing jenis ubi jalar tersebut memiliki perbedaan bentuk, ukuran, warna, daya simpan, komposisi kimia, sifat pengolahan dan umur panen (Apriliyanti 2010). Sifat fisikokimia ubi jalar meliputi penampakan fisik, kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar karbohidrat, serat dan lain sebagainya (Andriani 2016). Ubi ungu dapat tumbuh tanpa mengenal musim, memiliki umur tanam yang relatif pendek, produktivitas tinggi, serta dapat diolah menjadi berbagai jenis olahan makanan, sehingga layak dipertimbangkan dalam program diversifikasi pangan. Saat ini banyak dikembangkan pengolahan ubi ungu menjadi tepung, brownies, keripik, mie, puding dan lain sebagainya.
Produktivitas dan kualitas dari ubi ungu berpengaruh terhadap produk turunan yang dihasilkan. Kualitas ubi jalar dipengaruhi oleh umur, jenis, varietas, kesuburan tanah, ketinggian tempat penanaman, iklim dan gangguan hama penyakit (Nonci 2005). Kendala utama dalam mempertahankan mutu ubi ungu sama dengan ubi jalar lainnya, yaitu serangan hama lanas atau Clay fomicarius Fabricus, yang menyerang umbi pada saat budidaya atau penyimpanan. Hama lanas atau dikenal dengan nama boleng menyerang bagian epidermis akar, batang dan permukaan luar umbi dengan cara membuat lubang gerekan, sehingga menghasilkan rasa yang pahit dan tidak dapat dikonsumsi (Nonci 2005). Serangan hama lanas juga mengakibatkan penurunan daya simpan dan daya tumbuh ubi jalar (Sutrisno 2016).
Pendugaan serangan hama lanas pada ubi ungu penting dilakukan untuk mempertahankan mutu dan mencegah penularan serangan lanas saat transportasi atau penyimpanan, serta mempertahankan mutu dan kualitas produk olahan ubi ungu. Pemutuan ubi ungu umumnya dilakukan secara manual, yaitu dengan melihat permukaan luar umbi atau dilakukan secara destruktif dengan cara memotong kedua bagian ujung umbi. Pemutuan secara manual atau secara destruktif kurang tepat diterapkan pada produk pertanian karena meningkatkan susut produk, sehingga dibutuhkan pengujian mutu dan pendugaan kerusakan tanpa merusak bahan. Salah satu metode yang dapat diterapkan adalah penggunaan gelombang ultrasonik.
Gelombang ultrasonik telah banyak digunakan dalam penanganan produk pertanian. Analisa pengujian secara non destruktif tidak akan merusak objek yang akan diuji dan dapat diterapkan dalam penentuan mutu buah-buahan (Haryanto et al 1999), seperti mendeteksi tingkat ketuaan belimbing manis (Efriyanti 2006), mengetahui sifat fisiko-kimia buah naga (Djamila 2010), pendugaan kerusakan buah mangga arumanis akibat lalat buah (Warji 2008), dan penggunaannya untuk menduga serangan hama lanas pada ubi cilembu (Sutrisno 2016). Nasution (2006) menyatakan bahwa gelombang ultrasonik memiliki daya tembus yang melebihi gelombang NIR dan biaya investasi yang dikeluarkan lebih murah dibandingkan
2
gelombang sinar-X. Berdasarkan serangkaian penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk menduga kerusakan umbi, sehingga dirasa perlu untuk melakukan penelitian mengenai karakteristik gelombang ultrasonik dan hubungannya dengan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas untuk menduga kerusakannya secara non-destruktif
Perumusan Masalah
Pendugaan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas umumnya dilakukan secara visual dan destruktif. Pendugaan kerusakan secara visual menghasilkan sortasi yang tidak seragam dan pedugaan kerusakan secara destruktif menimbulkan losses yang tinggi dan berdampak pada kerugian. Permasalahan utama pada penelitian ini adalah pendugaan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas tanpa merusak umbi berdasarkan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik yang dilewatkan pada ubi ungu.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakteristik transmisi gelombang ultrasonik pada ubi ungu dan mengkaji hubungan karakteristik gelombang tersebut dengan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas untuk pendugaan kerusakan secara non-destruktif.
Manfaat Penelitian
Harapan yang ingin dicapai dari hasil penelitian ini adalah memberikan informasi mengenai model karakteristik gelombang ultrasonik pada ubi ungu varietas ayamurasaki sehat dan yang terserang hama lanas, sehingga dapat membantu pengembangan sortasi ubi ungu secara non-destruktif.
Ruang Lingkup Penelitian
Beberapa pembatasan permasalahan yaitu ubi ungu yang digunakan adalah varietas ayamurasaki sehat dan terserang hama lanas sebanyak 105 sampel dan pengukuran menggunakan transducer berbentuk tabung dan ujung berbentuk lancip dengan frekuensi yang dipancarkan sebesar 50 kHz.
TINJAUAN PUSTAKA
Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L.)Ubi jalar (Ipomoea batatas L) merupakan salah satu komoditas umbi-umbian, yaitu umbi dari tanaman ubi jalar dalam keadaan utuh, segar, bersih dan
aman dikonsumsi serta bebas dari organisme pengganggu tumbuhan (SNI 01-4493-1998). Ubi jalar merupakan tanaman berumur pendek yang tumbuh optimum di daerah tropis yang bersuhu rata-rata 27°C dengan lama penyinaran 11-12 jam/hari (Asmara 2014), dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah dan dapat ditanam sepanjang tahun (Amalia 2010). Ubi jalar dibudidayakan hampir di seluruh provinsi di Indonesia, dengan daerah sentra produksi meliputi Jawa Barat, Papua dan Sumatra Barat. Menurut Apriliyanti (2010), kedudukan taksonomi ubi jalar ungu adalah sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatpohyta Sub Divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Ordo : Tubiflorae Famili : Convolvulaceae Genus : Ipomoea
Spesies : Ipomoea batatas L.
Ubi jalar merupakan tanaman pangan yang kaya karbohidrat, sumber vitamin A, vitamin C, thiamin (B1), riboflavin (B2), zat besi, fospor, kalsium, natrium dan serat (Juarsa 2007, Nurpitriani 2015). Ubi jalar juga memiliki kandungan gula dan amilosa yang menyebabkan rasa manis dan lunak (Virman 2016). Ubi ungu (Ipomea batatas L. var Ayamurasaki) merupakan salah satu jenis ubi jalar dari varietas introduksi, berwarna ungu mulai dari kulit hingga ke seluruh bagian umbinya (Apriliyanti 2010), serta memiliki produktivitas yang tinggi (20-25 ton/ha) dibanding ubi jalar lokal seperti gunung kawi dan samarinda dengan produktivitas 15-20 ton/ha (Yudiono 2011). Karakteristik ubi ungu varietas Ayamurasaki ditunjukkan pada Tabel 1, perhitungan berdasarkan basis kering kecuali kadar air.
Tabel 1 Karakteristik ubi jalar ungu varietas Ayamurasaki
Komponen Kadar (%) Komponen Kadar (%)
Air Abu Protein Lemak Karbohidrat (by difference) Serat Kasar 57.44 1.07 3.11 3.34 92.47 8.52 Hemiselulosa Selulosa Lignin Pati Amilosa Gula Total Gula Pereduksi Antosianin 23.38 2.27 1.66 89.27 20.72 0.88 0.19 271.74 mg/100g Sumber: Asmara (2014)
Apriliyanti (2010) menambahkan ubi ungu juga mengandung antosianin, bagian dari senyawa fenol yang tergolong flavonoid, yang dapat digunakan sebagai pewarna alami. Antosianin berperan dalam mencegah terjadinya penuaan, penurunan daya ingat dan kepikunan, polip, asam lambung, penyakit jantung koroner, penyakit kanker dan penyakit degeneratif seperti arterosklerosis (Rosmania 2013).
4
Kualitas Ubi Jalar
Standarisasi mutu merupakan suatu persyaratan atau spesifikasi teknis tentang mutu suatu komoditas dan sangat dibutuhkan terutama dalam proses perdagangan. Standar mutu ubi jalar di Indonesia ditetapkan berdasarkan SNI No. 01-4493-1998 yang terbagi menjadi dua yaitu persyaratan umum dan persyaratan khusus. Ubi jalar dapat digolongkan ke dalam tiga kelas mutu, yaitu mutu I, II, dan III. Syarat umum mutu ubi jalar adalah tidak boleh memiliki bau asing, bebas dari hama penyakit, bebas dari bahan kimia seperti insektisida dan fungisida, memiliki keseragaman warna, bentuk, ukuran, mencapai masak fisiologis optimal, serta harus dalam kondisi bersih.
Syarat khusus ubi jalar ditentukan berdasarkan sifat fisik dan kimia ubi jalar yang meliputi berat umbi, kerusakan, kadar air, kadar serat dan kadar pati. Spesifikasi persyaratan khusus ubi jalar ditampilkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Spesifikasi persyaratan khusus mutu ubi jalar
No Komponen mutu Mutu
I II II
1 Berat umbi (gram/umbi) >200 100-200 75-100 2 Umbi cacat (per 50 biji) maks Tidak ada 3 biji 5 biji
3 Kadar air (% b/b, min) 65 60 60
4 Kadar serat (% b/b, maks) 2 2.5 >3.0
5 Kadar pati (% b/b, min) 30 25 25
Sumber: SNI nomor 01-4493-1998
Hama Lanas (Clays formicarius Fabricius)
Hama lanas (Clays formicarius F) adalah kumbang penggerek yang paling merusak tanaman ubi jalar, baik pada saat budidaya, penyimpanan dan di tempat karantina. Hama lanas merusak bagian umbi, batang dan akar tanaman, dan serangan umumnya terjadi ketika umbi berumur 4 bulan atau lebih, serta sangat berpotensi menurunkan nilai ekonomi akibat kerusakannya (Pinontoan 2011). Hama lanas memerlukan waktu 1-2 bulan atau secara umum 35-40 hari untuk siklus hidupnya yang meliputi fase telur, larva, pupa dan imago (Capinera 2014).
Serangan hama lanas biasanya dimulai ketika Imago (lanas dewasa) berukuran 5.5-8.0 mm merusak ubi jalar dari bagian epidermis luar dan mulai bertelur. Imago terlihat seperti semut, memiliki kepala berwarna hitam, dada dan kaki berwarna coklat kemerahan, sayap depan dan abdomen berwarna biru metalik, serta dilengkapi dengan antena. Imago betina menghasilkan 2-4 telur/hari atau 75-90 butir selama hidupnya (30 hari) dengan ukuran 0.7 mm x 0.5 mm dan berwarna putih. Fase telur biasanya adalah 5-6 hari pada cuaca panas atau 11-12 hari di cuaca dingin. Setelah menetas, larva berwarna putih tanpa kaki dapat langsung masuk ke dalam umbi dan membuat lubang gerekan. Larva kemudian menjadi pupa dengan ukuran sekitar 6.5 mm, yang pada awalnya berwarna putih, kemudian berubah keabuan dengan mata dan kaki yang berwarna lebih gelap (Capinera 2014). Pupa akan berubah menjadi imago dan keluar dari umbi (Nonci 2005).
Gelombang Ultrasonik
Menurut Gooberman (1968) dan Cracnel (1980) dalam Haryanto (2002), gelombang ultrasonik merupakan gelombang elastik yang memiliki frekuensi lebih dari 20 kHz sehingga tidak dapat didengar oleh manusia. Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik yang memerlukan medium perantara dalam perambatannya, baik cairan, gas, padat, atau semi padat cair, sehingga tidak mungkin untuk merambat pada ruang hampa. Gelombang ultrasonik dapat diabsorbsi, direfleksikan, ditransmisikan, atau direfraksikan dan terjadi karena adanya gangguan kesetimbangan dalam suatu sistem (Sutrisno 2016).
Aplikasi gelombang ultrasonik yaitu dengan mengamati sifat akustik gelombang yang dirambatkan pada medium (Haryanto 2002), seperti transmisi gelombang, atenuasi, zero moment power (Mo), dan kecepatan gelombang. Pemanfaatan gelombang ultrasonik untuk produk pertanian biasanya pada intensitas rendah, yaitu sekitar 1-10 MHz agar tidak menyebabkan kerusakan produk (Hamzah 2013).
Kecepatan Gelombang Ultrasonik
Kecepatan rambat gelombang ultrasonik menunjukkan ukuran jarak yang ditempuh gelombang dalam satuan waktu tertentu. Nilainya berbeda pada medium perambatan yang berbeda, lebih baik pada medium padat dibandingkan dengan medium gas atau cair (Hamzah 2013). Secara umum kecepatan gelombang ultrasonik dipengaruhi oleh densitas, elastisitas dan poison rasio (Edwin 2010). Pengukuran kecepatan gelombang ultrasonik pada berbagai produk pertanian telah banyak dilakukan untuk penentuan tingkat kematangan ataupun pendugaan kerusakan. Kecepatan gelombang ultrasonik dapat ditentukan dengan menggunakan rumus kecepatan gelombang suara yang melalui sebuah medium (Sitompul 2011).
Koefisien Atenuasi
Koefisien atenuasi menunjukkan besarnya kehilangan energi pada gelombang ultrasonik setelah melewati medium yang besarnya dipengaruhi oleh jenis medium yang dilalui. Penyebab terjadinya kehilangan energi adalah terjadinya absorsi dan peristiwa-peristiwa lain gelombang seperti pemantulan, pembiasan, difraksi dan hamburan oleh medium. Koefisien atenuasi diukur dengan mengamati penurunan amplitudo dari gelombang setelah melewati medium dan dapat digambarkan sebagai fungsi dari jarak yang ditempuh oleh gelombang (Haryanto 2002).
Koefisien atenuasi dapat diketahui menggunakan pengkonversi tegangan sinyal yang dikirim dan diterima setelah menempuh jarak tertentu (Efriyanti 2006). Menurut Nasution (2006), besarnya koefisien atenuasi berbanding terbalik dengan kecepatan gelombang. Semakin banyak jenis zat yang terkandung dalam buah, maka semakin banyak interaksi-interaksi gelombang sehingga nilai koefisien atenuasi semakin besar (Sitompul 2011). Menurut Efriyanti (2006) koefisien atenuasi pada belimbing berbanding lurus dengan tingkat kekerasan dan total asam buah, serta berbanding terbalik dengan total padatan terlarut belimbing. Menurut Mizrach et al (1989) dalam Soeseno (2007), besarnya atenuasi gelombang ultrasonik dapat dihitung berdasarkan Persamaan 1.
6 α = 1 𝑥[ln 𝐴0 𝐴𝑥] Dimana :
A0 = Amplitudo mula-mula (volt)
Ax = Amplitudo setelah menempuh jarak x (volt) x = Jarak yang ditempuh gelombang (m)
α = Koefisien atenuasi (Np/m) Zero Moment Power (Mo)
Nilai zero moment power (Mo) berfungsi untuk mengetahui besarnya jumlah energi yang ditransmisikan pada bahan atau medium yang dirambatkan gelombang (Sutrisno 2016). Terdapat hubungan antara koefisien atenuasi dengan besarnya nilai Mo (Persamaan 2).
α = 1 𝑥[ln
M0o M0x] Dimana :
M00 = moment spectral density mula-mula
M0x = moment spectral density setelah melewati jarak x x = Jarak yang ditempuh gelombang (m)
α = Koefisien atenuasi (Np/m)
Mo dapat diketahui dari hasil pengukuran gelombang ultrasonik, berupa hubungan antara amplitudo dan waktu (Sitompul 2011). Mo merupakan luasan di bawah power spectral density, yang besarnya dapat diketahui dengan melakukan Fast Fourier Transform (FFT) menggunakan program Matlab berupa hubungan amplitudo dan waktu menjadi hubungan antara power spectral density dengan frekuensi (Sutrisno 2016).
Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik pada Produk Pertanian
Pemanfaatan gelombang ultrasonik pada produk pertanian telah banyak dilakukan. Penggunaan gelombang ultrasonik untuk memantau pematangan tomat selama penyimpanan berhasil diaplikasikan menggunakan probe ultrasonik yang mengalami kontak langsung dengan kulit buah (Mizrach 2007). Efriyanti (2006) menduga tingkat ketuaan belimbing manis dan menyimpulkan bahwa terdapat hubungan linier antara parameter akustik gelombang ultrasonik dengan tingkat ketuaan buah. Semakin tua buah belimbing manis menyebabkan total padatan terlarut (TPT) semakin meningkat dan kekerasan buah menurun. Buah yang semakin tua memiliki kecepatan gelombang yang semakin tinggi, koefisien atenuasi dan zero moment power yang semakin menurun. Hasil penelitian Luketsi (2016) menyatakan bahwa kekerasan buah nanas semakin menurun dengan bertambahnya tingkat ketuaan sehingga kecepatan gelombang ultrasonik menurun dan koefisien atenuasi meningkat.
Sifat akustik dapat digunakan untuk menentukan tingkat kematangan durian namun tidak menunjukkan perbedaan nyata antara durian peraman dan durian bukan peraman. Semakin tua buah durian menyebabkan kekerasan buah semakin menurun dengan kecepatan yang cenderung mengecil dan koefisien atenuasi yang (1)
semakin meningkat (Haryanto 2002). Semakin meningkatnya kekerasan buah manggis, maka kecepatan gelombang ultrasonik semakin rendah dan peningkatan TPT buah manggis sejalan dengan peningkatan kecepatan gelombang ultrasonik (Juansah 2005). Sitompul (2011) menyebutkan bahwa mentimun jepang dengan kekerasan yang tinggi memiliki kecepatan gelombang yang semakin meningkat.
Hansen (1992) melakukan pemeriksaan pada ubi jalar yang diinvestasikan hama lanas dan tidak diinvestasikan hama lanas menggunakan radiografi dan ultrasonik dengan transducer 5.0 dan 7.5 MHz. Hasil penelitiannya menyatakan bahwa struktur internal ubi jalar tidak dapat diobservasi pada frekuensi yang digunakan karena gelombang ultrasonik tidak dapat menembus umbi. Lyeol et al (1991) melakukan evaluasi pada kentang normal dan kentang rusak menggunakan sifat akustik gelombang ultrasonik pada frekuensi 50 kHz sampai 1 MHz. Rata-rata kecepatan gelombang ultrasonik pada kentang segar normal adalah 824 m/s dengan sebaran data yang tinggi, dan koefisien atenuasi pada kentang cacat lebih tinggi dibanding kentang normal. Sutrisno (2016) mendeteksi kerusakan ubi cilembu akibat serangan hama lanas dan menyimpulkan bahwa ubi cilembu yang terserang lanas memiliki rata-rata kecepatan gelombang yang lebih tinggi, koefisien atenuasi lebih rendah dan Mo yang lebih tinggi dibandingkan dengan ubi cilembu sehat.
Hasbullah et al. (2009) menduga kerusakan serangan lalat buah pada mangga arumanis dan menyimpulkan bahwa hanya koefisien atenuasi dan Mo yang dapat digunakan untuk menduga kerusakan mangga arumanis akibat serangan lalat buah. Mangga yang terserang lalat buah memiliki nilai koefisien atenuasi lebih besar dari 34.76 Np/m dan nilai Mo yang lebih kecil dari 5.60. Juansah (2005) menambahkan, sortasi buah manggis menggunakan karakteristik gelombang ultrasonik dengan frekuensi 50 KHz menunjukkan bahwa nilai kecepatan gelombang ultrasonik manggis dengan kondisi rusak pada bagian dalam lebih besar dari 0.1365 mm/µs, sedangkan manggis dengan kondisi baik memiliki kecepatan kurang dari 0.1365 mm/µs. Sementara itu, nilai koefisien atenuasi dan Mo untuk buah manggis rusak pada bagian dalam dan buah manggis sehat sulit dibedakan.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat PenelitianPenelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari-Mei 2017 di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah ubi ungu varietas Ayamurasaki yang diperoleh dari petani di daerah Ciampea Bogor, yang dikelompokkan menjadi ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas. Pengelompokan ubi terserang lanas dilakukan secara manual dengan memperhatikan ciri fisik serangan lanas pada ubi jalar ungu yang dibantu oleh petani (Lampiran 1).
8
Peralatan yang digunakan untuk pengukuran gelombang ultrasonik terdiri dari transducer pemancar dan transducer penerima gelombang ultrasonik dengan ujung lancip tipe Krautkramer Ko 5S 56126569 yang terbuat dari bahan piezoelektrik dengan frekuensi 50 kHz, dudukan transducer yang dilengkapi dengan pengukuran ketebalan sampel, ultrasonik transmitter, digital oscilloscope tipe ETC M621 dan personal computer untuk menyimpan data gelombang ultrasonik yang telah diukur (Gambar 1).
Gambar 1 Bagan pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik
Peralatan lain yang digunakan adalah oven dengan pengaturan suhu 105 °C untuk menentukan kadar air bahan, rheometer merk Sun Rheo Meter tipe CR 300 DX-L dengan probe silinder berdiameter 5 mm untuk menentukan kekerasan ubi ungu, jangka sorong, timbangan digital merk Mettler dan timbangan analitik merk Ohaus sebagai alat ukur berat (Lampiran 1).
Prosedur Penelitian Persiapan Sampel Penelitian
Sampel yang digunakan adalah ubi ungu varietas ayamurasaki sebanyak 105 umbi yang dipanen sekitar 3.5 bulan setelah tanam. Sampel dikelompokan menjadi 60 umbi sehat dan 45 umbi terserang lanas. Sortasi dilakukan secara manual dengan melihat kulit umbi. Penentuan jumlah sampel ditentukan berdasarkan pembuatan model yang cukup baik pada penelitian sebelumnya mengenai deteksi kerusakan ubi cilembu akibat hama lanas menggunakan ultrasonik oleh Sutrisno (2016). Sebanyak 2/3 bagian (40 ubi ungu sehat dan 30 ubi ungu terserang lanas) digunakan untuk pembuatan model dan 1/3 bagian (20 ubi ungu sehat dan 15 ubi ungu terserang lanas) digunakan sebagai validasi model. Pengukuran Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik
Pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik dilakukan untuk memperoleh kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan Mo dari gelombang ultrasonik yang melewati bahan. Karakteristik gelombang ultrasonik diukur pada bagian pangkal, tengah dan ujung ubi jalar dengan kondisi transducer yang menempel pada kulit ubi ungu secara langsung. Menurut Luketsi (2016), signal gelombang ultrasonik dari ultasonic tester dikuatkan dan dikirim ke transmitter untuk merubah energi listrik dari gelombang ultrasonik menjadi getaran mekanik
Digital Oscilloscope Personal computer Ultrasonic tester Receiver Transmitter U bi
dalam bentuk energi suara. Transmitter membangkitkan dan mengeluarkan signal gelombang ultrasonik dengan frekuensi 50 KHz, yang ditransmisiskan melalui ubi ungu. Energi yang telah melewati ubi ungu diterima oleh receiver yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan diteruskan menuju ultrasonic tester. Energi dari gelombang ultrasonik dikuatkan kembali oleh ultrasonic tester dan diteruskan menuju digital oscilloscope untuk mengubah data analog menjadi data digital yang akan ditampilkan pada monitor komputer.
Pengaturan digital oscilloscope yang digunakan selama pengambilan data karakteristik gelombang ultrasonik pada ubi ungu akan mempengaruhi jumlah data yang dihasilkan. Sweep yang digunakan adalah 1:16 dengan data sampel setiap pengukuran sebanyak 2048 data. Time base yang digunakan adalah 400 μs/div, dengan sampling rate sebesar 512 KHz. Perambatan gelombang ultrasonik pada medium udara, ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas ditampilkan pada Lampiran 2.
Pengecekan Serangan Hama Lanas Secara Destruktif
Pengecekan secara destruktif dilakukan dengan cara mengupas dan membelah ubi ungu menggunakan pisau untuk melihat serangan lanas berupa bintik hitam, larva, atau imago.
Pengukuran Kekerasan
Pengukuran tingkat kekerasan ubi ungu dilakukan menggunakan rheometer merk Sun Rheo Meter tipe CR 300 DX-L yang diatur pada kondisi mode: 1, R/H (hold): 9.99 kg, P/T (press): 10 mm/m dan Max 10 kg. Kekerasan diukur pada bagian pangkal, tengah dan ujung menggunakan probe berdiameter 5 mm.
Pengukuran Kadar Air
Pengukuran kadar air dilakukan secara gravimetri dengan menguapkan air dari bahan dan ditimbang. Daging umbi pada bagian pangkal, tengah dan ujung dicampur sekitar 10 gram dan dikeringkan menggunakan oven dengan suhu 105 °C hingga berat akhir bahan konstan. Menurut SNI 01-4493-1998 ubi jalar perlu dioven selama 3 jam dengan suhu 105 0C, namun pada penelitian ini ubi ungu dioven hingga berat sampel akhir konstan, yaitu sekitar 28 jam. Diagram alir penelitian ditampilkan pada Gambar 2.
10
Gambar 2 Diagram alir prosedur penelitian Analisis Data
Kecepatan gelombang ultrasonik ditentukan dengan mencari waktu tempuh, dengan mengetahui selisih pulsa listrik dari rangkaian pengirim dan rangkaian penerima (Sitompul 2011). Koefisien atenuasi dihitung dengan cara mengkonversi tegangan sinyal yang dikirim dan diterima setelah menempuh jarak tertentu menjadi grafik gelombang untuk menentukan amplitudo gelombang (Sutrisno 2016). Zero moment power merupakan luasan dibawah PSD (power spectral density). Power spectral density diperoleh dari transmisi gelombang ultrasonik berupa hubungan antara amplitudo dan waktu yang ditransformasikan menggunakan FFT (Fast Fourier Transform) dengan program Matlab.
Hubungan antar parameter
Pendugaan kerusakan ubi ungu akibat hama lanas menggunakan gelombang ultrasonik
selesai Mulai
Ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang lanas
Pengambilan data gelombang ultrasonik
Data kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan zero moment power
Pengambilan data kekerasan ubi ungu
Pengecekan kerusakan ubi secara destruktif
Pengambilan data kadar air ubi ungu
Data kekerasan ubi lanas
Data kerusakan akibat lanas
Hubungan karakterisitik gelombang ultrasonik dengan kekerasan dan kadar air perlu diketahui untuk menduga kerusakan ubi ungu akibat hama lanas. Hubungan tersebut dianalisis menggunakan regresi sederhana untuk melihat nilai koefisien korelasi antar parameter tersebut. Interval nilai koefisien korelasi dan kekuatan hubungannya dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Interval nilai koefisien korelasi dan kekuatan hubungannya No Interval nilai Kekuatan hubungan
1 KK = 0.00 Tidak ada
2 0.00 < KK ≤ 0.20 Sangat rendah atau lemah sekali 3 0.20 < KK≤ 0.40 Rendah atau lemah, tapi pasti 4 0.40 < KK≤ 0.70 Cukup berarti atau sedang 5 0.70 < KK≤ 0.90 Tinggi atau kuat
6 0.90 < KK≤ 1.00 Sangat tinggi atau kuat sekali, dapat diandalkan
7 KK = 1.00 Sempurna
Sumber : Misbahuddin dan hasan (2013) dalam Putra (2016)
Kecepatan Gelombang Ultrasonik
Penentuan waktu tempuh gelombang ultrasonik melewati ubi ungu digunakan untuk menentukan kecepatan gelombang. Kecepatan gelombang ultrasonik dianalisis menggunakan data keluaran digital oscilloscope. Menurut Sutrino (2016) kecepatan gelombang ultrasonik diperoleh dari kalibrasi pengukuran kecepatan gelombang ultrasonik sebenarnya di udara, yaitu 340 ms-1. Kecepatan gelombang ultrasonik dihitung menggunakan Persamaan 3 dan 4.
νu =
𝑠 𝑡
V = νu.c Dimana :
V = kecepatan sebenarnya gelombang ultrasonik (ms-1), νu = gelombang ultrasonik terukur (ms-1),
s = diameter ubi atau jarak transmiter dan receiver (m) t = waktu tempuh gelombang ultrasonik (s)
c = konstanta. Koefisien Atenuasi
Koefisien atenuasi atau koefisien absorbsi merupakan parameter untuk menyatakan besarnya penyerapan energi selama perambatan gelombang ultrasonik pada media ubi ungu. Besarnya nilai koefisien atenuasi dihitung menggunakan Persamaan 1. Koefisien atenuasi dihitung dengan mengkonversi tegangan sinyal yang dikirim dan yang diterima setelah menempuh jarak tertentu menjadi grafik gelombang untuk menentukan amplitudo gelombang.
(3) (4)
12
Zero Moment Power (Mo)
Hubungan antara power spectral density dan frekuensi diperoleh dari transformasi hubungan amplitudo dan waktu menggunakan FFT (Fast Fourier Transform) dengan program Matlab.
Pembuatan Model
Pembuatan model disusun berdasarkan hubungan karakteristik gelombang ultrasonik dengan kondisi ubi ungu. Pembuatan model pendugaan kerusakan ubi ungu akibat hama lanas ditentukan dengan menghitung nilai tengah antara rata-rata kecepatan gelombang ultrasonik, koefisien atenuasi dan zero moment power pada ubi sehat dan terserang lanas. Berdasarkan nilai tengah tersebut ditentukan batas kecepatan, koefisien atenuasi dan Mo untuk pengelompokan ubi ungu sehat dan terserang hama lanas.
Pendugaan serangan hama lanas berdasarkan kombinasi karakteristik gelombang ultrasonik dilakukan apabila model persamaan yang dibangun dari masing-masing parameter karakteristik gelombang ultrasonik memiliki hasil yang baik untuk menduga kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas. Pembuatan model dilakukan dengan analisis diskriminan untuk mengklasifikasikan suatu individu atau observasi ke dalam kelompok yang saling bebas dan menyeluruh berdasarkan sejumlah variabel penjelas.
Analisis Diskriminan
Analisis diskriminan merupakan suatu teknik statistik yang bisa digunakan pada hubungan antar variabel yang telah diketahui variabel respon dan dan variabel penjelasnya. Analisis diskriminan bertujuan untuk menentukan apakah ada perbedaan nyata antara beberapa karakteristik yang diteliti dalam membedakan dua atau lebih kelompok, menentukan variabel bebas yang memberikan kontribusi penting dalam membedakan nilai rata-rata diskriminan dari dua atau lebih kelompok dan mengelompokkan data kedalam dua atau lebih kelompok berdasarkan karakteristik yang diteliti. Variabel penjelas untuk analisis diskriminan harus mengikuti distribusi normal, matriks variant-covariant variabel penjelas pada kedua kelompok harus sama, dan variabel responnya fixed.
Model dasar analisis diskriminan dilambangkan dengan lambang d. Model analisis diskriminan linier dari berbagai variabel independen ditunjukkan pada Persamaan 5.
d = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + ….. + bnxn Dimana :
d = skor diskriminan
b = koefisien diskriminan atau bobot (0, 1, 2, …, n) x = prediktor atau variabel independen (1, 2, 3, …, n)
Prosedur analisis diskriminan dimulai dari uji normal multivariat untuk pengujian signifikansi dari variabel diskriminan yang kemudian dilanjutkan dengan (5)
uji kesamaan matriks varian-covariant. Jika uji kesamaan matriks varian-kovarian tidak terpenuhi maka dapat digunakan fungsi diskriminan kuadratik. Pengujian nilai vektor rataan antar kelompok dapat dilakukan dengan menguji hipotesis menggunakan analisis variansi multivariate (MANOVA) dengan uji statistik yang dapat digunakan seperti: Pillai’s Trace, Wilk’s Lambda, Hotelling’s Trace dan Roy’s Largest Root.
Validasi Model
Validasi model bertujuan untuk menguji ketepatan persamaan model yang telah dibangun dengan cara menghitung tingkat keberhasilan pemilihan ubi ungu. Parameter untuk menentukan kecocokan model adalah tingkat keberhasilan pemilahan. Semakin besar tingkat keberhasilan pemilahan maka model yang dibentuk semakin valid. Tingkat kesalahan pemilahan dihitung menggunakan matrik confussion atau tabel kesalahan pemilahan dengan metode apparent error rate (APER) (Tabel 4).
Tabel 4 Kesalahan klasifikasi diskriminan Keanggotaan aktual Keanggotaan prediksi Jumlah π1 π2 π1 n1c n1M = n1 – n1c n1 π2 n2M = n2 – n2c n2c n2 Sumber : Agusta (2016)
Nilai APER dihitung menggunakan Persamaan 6.
APER =𝑛1M+ 𝑛2M 𝑛1 + 𝑛2
Dimana n1 dan n2 adalah banyaknya sampel pada masing-masing kelompok dan nM adalah jumlah kesalahan pemilahan pada masing-masing kelompok sampel.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kerusakan Ubi Jalar Ungu Akibat Serangan Lanas
Pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas berdasarkan ciri fisik umbi masih cukup sulit dilakukan secara akurat. Hasil pengujian pada 45 sampel ubi ungu yang digolongkan ke dalam kelompok lanas menunjukkan semua ubi ungu tersebut memiliki bintik hitam pada permukaan kulitnya, 30 umbi diantaranya memiliki lubang gerekan dan pada 16 umbi terdapat larva hama lanas, sedangkan pada 60 sampel ubi ungu sehat yang telah disimpan selama 1 minggu pada suhu ruang, terdapat 3 ubi ungu yang memiliki lubang gerekan pada daging umbinya (Tabel 5).
14
Tabel 5 Hasil sortasi ubi jalar ungu varietas ayamurasaki secara manual Ubi jalar ungu Sampel ubi sehat Sampel ubi lanas
Bintik hitam di permukaan 0 45
Lubang Gerekan 3 30
Larva hama lanas 0 16
Sehat 57 0
Hama lanas dewasa pada umumnya menyerang bagian epidermis umbi dan membuat lubang untuk meletakkan telurnya. Telur kemudian menetas menjadi larva dan membuat lubang gerekan di dalam daging umbi sebelum berubah menjadi pupa dan imago (Gambar 3). Ubi ungu merespon serangan hama lanas dengan cara menghasilkan senyawa terpena beracun yang menyebabkan umbi tidak dapat dikonsumsi walaupun pada konsentrasi dan kerusakan fisik yang rendah. Bagian dalam umbi yang dimakan menyebabkan terjadinya malformation (pertumbuhan jaringan atau organ yang tidak normal), penebalan dan retakan (Ames 1997).
(a) (b)
Gambar 3 Ubi jalar ungu sehat (b) ubi jalar ungu terserang lanas Kadar air dan kekerasan pada ubi ungu varietas ayamurasaki yang terserang hama lanas lebih tinggi dibanding kadar air dan kekerasan pada ubi sehat. Kekerasan pada ubi ungu terserang lanas sekitar 29.96 kgf/cm2 sampai 46.73 kgf/cm2, sedangkan pada ubi ungu sehat sekitar 30.27 kgf/cm2 sampai 42.31 kgf/cm2. Kadar air ubi ungu terserang lanas sekitar 62.12 % sampai 68.77 % basis basah, sedangkan kadar air pada ubi ungu sehat sekitar 58.65% sampai 72.05 % basis basah. Kekerasan dan kadar air ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang lanas dapat dilihat pada Tabel 6, Lampiran 3 dan 4.
Tabel 6 Rata-rata kekerasan dan kadar air ubi ungu sehat dan terserang lanas
Karakteristik Ubi sehat Ubi lanas
Kekerasan (kgf/cm2) 37.74a ±3.01 39.82b ±3.40
Kadar air (%) 65.40a ±2.44 67.40b ±2.98
Angka-angka pada baris yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%.
Kekerasan dan kadar air sampel terdistribusi secara normal dan homogen serta memiliki perbedaan yang signifikan antara ubi ungu sehat dan ubi ungu
terserang hama lanas pada taraf uji 5%. Analisis uji normalitas dan homogenitas pada kadar air dan kekerasan ubi ungu ditampilkan pada Lampiran 5. Kekerasan yang lebih tinggi disebabkan oleh respon ubi jalar terhadap serangan hama lanas dengan cara mengeluarkan senyawa terpena beracun, bagian daging umbi yang dimakan oleh hama lanas akan mengalami pertumbuhan jaringan yang tidak normal, mengalami penebalan atau retak (Ames 1997). Menurut Sutrisno (2016) lubang gerekan yang terbentuk akibat serangan hama lanas akan mengering dan menyebabkan terjadinya penurunan elastisitas jaringan pada umbi. Namun, jika serangan hama lanas terus terjadi, umbi akan menjadi busuk, sehingga kadar air meningkat.
Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik pada Ubi Ungu Varietas Ayamurasaki Sehat dan Terserang Hama Lanas
Sifat akustik gelombang ultrasonik yang digunakan untuk menduga kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas adalah kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan zero moment power. Sifat gelombang tersebut umum digunakan dalam penentuan mutu produk pertanian karena dipengaruhi oleh medium yang dilewatinya, serta bersifat tidak merusak medium yang dilewatinya. Berdasarkan pengukuran sifat akustik gelombang pada ubi ungu sehat dan terserang hama lanas, diperoleh nilai kecepatan gelombang ultrasonik dan Mo lebih rendah pada ubi ungu sehat dibandingkan dengan yang terserang hama lanas, sedangkan koefisien atenuasi pada ubi ungu sehat lebih tinggi dibandingkan dengan yang terserang hama lanas (Tabel 7). Berdasarkan hasil analisis sidik ragam dengan taraf kepercayaan 95% (Lampiran 5), menunjukkan bahwa kecepatan, koefisien atenuasi, dan Mo memiliki p-value < α (0.05), dengan nilai berturut-turut 0.000, 0.0035, dan 0.0437. Hal ini menunjukkan terdapat perbedaan yang nyata sifat akustik gelombang ubi ungu sehat dan terserang hama lanas.
Tabel 7 Rata-rata nilai karakteristik transmisi gelombang ultrasonik pada ubi ungu sehat dan terserang hama lanas
Karakteristik Ubi sehat Ubi lanas
Kecepatan gelombang (m/s) 235.30a ± 4.68 246.55b ±5.50 Koefisien atenuasi (Np/m) 42.41a ±4.12 39.83b ±4.70 Zero moment power 18.20a ±2.83 19.34b ±2.80 Angka-angka pada baris yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%.
Kecepatan gelombang ultrasonik dipengaruhi oleh susunan internal dan modulus elastisistas bahan. Sesuai dengan pernyataan Luketsi (2016), Haryanto (2002), Juansah (2005) dan Sitompul (2011) yang menyatakan bahwa kekerasan bahan akan berbanding lurus dengan kecepatannya, kecepatan ubi ungu terkena lanas juga lebih tinggi dibanding ubi sehat. Hal ini dikarenakan kekerasan yang juga lebih tinggi akibat adanya respon dari ubi ungu terhadap serangan lanas yang menyebabkan penebalan jaringan. Hasil pengukuran menunjukkan sebaran nilai kecepatan gelombang ultrasonik cenderung mengelompok sesuai dengan kondisi
16
daging umbi. Ubi ungu terserang hama lanas memiliki rata-rata kekerasan lebih besar dibandingkan dengan ubi sehat, namun kekerasan tersebut tersebar secara tidak teratur yang menunjukkan keberagaman kondisi ubi ungu (Gambar 4).
Gambar 4 Sebaran kecepatan gelombang ultrasonik terhadap kekerasan ubi ungu sehat dan terserang hama lanas
Selain itu, kecepatan gelombang ultrasonik kemungkinan juga dipengaruhi oleh kadar air karena kadar air ubi jalar sehat dan lanas berbeda signifikan secara statistika (Tabel 4, Lampiran 5). Self et al. (1994) dalam penelitiannya mengenai evaluasi ultrasonik untuk kematangan daging buah alpukat menyebutkan bahwa kadar air yang lebih besar sesuai dengan tekanan turgornya yang lebih besar akan menghasilkan kecepatan gelombang ultrasonik yang lebih besar atau berkorelasi positif. Hasil pengukuran hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan kadar air ubi ungu menunjukkan bahwa rata-rata kecepatan gelombang ultrasonik lebih tinggi pada ubi ungu terserang hama lanas dengan kadar air lebih besar dibandingkan dengan ubi ungu sehat. Kadar air ubi ungu tersebut tersebar secara tidak teratur yang menunjukkan keragaman kondisi ubi ungu (Gambar 5).
Gambar 5 Sebaran kecepatan gelombang ultrasonik terhadap kadar air ubi ungu sehat dan terserang hama lanas
Koefisien atenuasi menggambarkan kehilangan energi gelombang ultrasonik setelah melewati suatu medium akibat absorbsi gelombang oleh medium yang dilalui. Berdasarkan pengukuran koefisien atenuasi lebih tinggi pada ubi ungu
28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 Kek er asan ( Kg f/cm 2 ) Kecepatan Gelombang (m/s) sehat lanas 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 Kad ar A ir ( % b asis b asah ) Kecepatan Gelombang (m/s) sehat lanas
sehat dibandingkan dengan ubi ungu terserang hama lanas, dengan sebaran data yang cukup tinggi (Gambar 6).
Gambar 6 Sebaran data koefisien atenuasi terhadap kekerasan pada ubi ungu sehat dan terserang hama lanas
Koefisien atenuasi yang lebih besar pada ubi ungu sehat disebabkan oleh kekerasannya yang lebih rendah dibandingkan dengan ubi terserang hama lanas. Menurut Luketsi (2016) besarnya penyerapan energi yang terjadi bergantung pada karakteristik fisik yang dilalui gelombang. Proses penyerapan gelombang akan sering terjadi pada medium padat, sehingga pada buah nanas mentah dengan tingkat kematangan rendah dan kekerasan yang tinggi, nilai koefisien atenuasi lebih kecil dari pada buah nanas yang telah matang. Menurut Djamila (2010), koefisien atenuasi memiliki hubungan korelasi negatif (r = -0.81) dengan kekerasan buah naga, yaitu dengan semakin meningkatnya kekerasan koefisien atenuasi semakin menurun.
Berdasarkan persamaan koefisien atenuasi oleh mizrach (1989) dalam Soeseno (2007), jarak atau diameter buah berbanding terbalik dengan besarnya koefisen atenuasi. Semakin besar diameter umbi atau jarak tempuh gelombang ultrasonik, maka koefisien atenuasi akan semakin kecil. Rata-rata diameter ubi ungu sehat lebih kecil dibandingkan dengan yang terserang hama lanas, namun tidak berbeda secara nyata pada taraf uji 5% (Lampiran 5). Rata-rata diameter ubi ungu sehat adalah 4.12 cm, sedangkan yang terserang hama lanas adalah 4.30 cm. Zero moment power (Mo) menunjukkan besarnya energi sinyal yang ditransmisikan pada suatu medium. Semakin besar nilai Mo pada perambatan gelombang ultrasonik maka energi yang ditransmisikan makin besar. Penurunan nilai Mo berbanding lurus dengan penurunan rata-rata magnitude gelombang (Agusta 2016). Nilai Mo yang didapat pada ubi ungu sehat lebih rendah dibandingkan dengan yang terserang hama lanas. Haryanto (2001) menyebutkan bahwa nilai Mo semakin menurun seiring dengan semakin tua buah durian dengan kekerasan yang semakin menurun. Soeseno (2007) juga menyebutkan bahwa nilai Mo cendrung menurun dengan meningkatnya kematangan buah pisang dengan koefisen korelasi R2 = 0.7431, semakin tinggi nilai Mo maka buah memiliki kekerasan yang tinggi atau masih mentah. Pendugaan kematangan melon golden apollo menggunakan gelombang audiosonik menghasilkan rata-rata nilai Mo yang mengalami penurunan seiring dengan semakin tua umur panen, yaitu dari 142.67 ± 53.13 pada umur panen 46 HST hingga 51.52 ± 14.35 pada umur panen 67 HST
28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 Kek er asan ( Kg f/cm 2 ) Koefisien atenuasi (Np/m) sehat lanas
18
(Agusta 2016). Berdasarkan pengukuran yang dilakukan, nilai Mo tersebar secara tidak teratur pada ubi ungu sehat dan terserang hama lanas, dengan rata-rata Mo lebih tinggi pada ubi ungu terserang hama lanas dibandingkan dengan ubi sehat (Gambar 7).
Gambar 7 Sebaran nilai Mo terhadap kekerasan ubi ungu sehat dan terserang hama lanas
Model Pendugaan Batas Kerusakan Ubi ungu Menggunakan Karakteristik Gelombang ultrasonik
Kecepatan Gelombang Ultrasonik
Hasil pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik dalam pembuatan model pendugaan kerusakaan ubi ungu akibat serangan hama lanas ini ditampilkan pada Lampiran 3. Kecepatan gelombang ultrasonik pada ubi ungu yang terserang hama lanas lebih tinggi dibandingkan dengan kecepatan gelombang pada ubi ungu sehat. Kecepatan gelombang pada ubi ungu yang terserang hama lanas berkisar antara 236.26 ms-1 sampai 261.10 ms-1 sedangkan kecepatan gelombang ubi ungu sehat berkisar antara 227.12 ms-1 hingga 245.49 ms-1 (Gambar 8).
Gambar 8 Rata-rata kecepatan gelombang ultrasonik pada ubi jalar ungu sehat dan ubi jalar ungu terserang hama lanas
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Ke keras an (K gf /cm 2) Mo 235.16 247.32 245.49 236.26 261.10 210 220 230 240 250 260 270 Ke ce p at an (m /s )
Ubi sehat Ubi lanas
n=40 n=30
Mean
Minimum/Maximum
Berdasarkan nilai kecepatan dari masing-masing kelompok, diperoleh nilai tengah kecepatan gelombang pada ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang lanas adalah 241.24 ms-1. Ubi ungu yang memiliki kecepatan gelombang lebih kecil dari 241.24 ms-1 masuk ke dalam kategori ubi ungu sehat, sedangkan ubi ungu yang memiliki kecepatan gelombang lebih besar dari 241.24 ms-1 masuk ke dalam kategori ubi ungu terserang hama lanas. Secara matematis batas kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas berdasarkan kecepatan gelombang ultrasonik dinyatakan pada Persamaan 7 dan 8.
V ≥ 241.24 →L (7)
V < 241.24 →S (8)
Dimana V adalah kecepatan gelombang ultrasonik (ms-1), S adalah ubi ungu sehat dan L adalah ubi ungu terserang hama lanas.
Koefisien Atenuasi
Ubi ungu yang terserang hama lanas memiliki rata-rata koefisien atenuasi yang lebih rendah dibandingkan dengan ubi ungu sehat (Lampiran 3). Koefisien atenuasi pada ubi ungu sehat berkisar antara 35.63 Np/m hingga 54.28 Np/m, sedangkan pada ubi ungu terserang hama lanas koefisien atenuasi berkisar antara 32.18 Np/m hingga 50.75 Np/m (Gambar 9).
Gambar 9 Rata-rata koefisien atenuasi pada ubi jalar ungu sehat dan ubi jalar ungu terserang hama lanas
Nilai tengah antara koefisien atenuasi pada ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas adalah 41.38 Np/m. Ubi ungu yang memiliki koefisien atenuasi lebih besar dari 41.38 Np/m termasuk kategori ubi ungu sehat dan yang memiliki nilai koefisien atenuasi kurang dari 41.38 Np/m termasuk pada kategori ubi ungu terserang hama lanas. Secara matematis, batas kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas berdasarkan koefisien atenuasi dapat nyatakan pada Persamaan 9 dan 10.
α ≥ 41.38→S (9)
α < 41.38→ L (10)
Dimana α merupakan koefisien atenuasi (Np/m), S merupakan ubi ungu sehat dan L adalah ubi ungu terserang hama lanas.
42.69 40.06 35.63 54.28 32.18 50.75 25 30 35 40 45 50 55 60 ko ef is ie n at en u asi (N p /m )
Ubi sehat Ubi Lanas
n = 40 n = 30
Mean
20
Zero Moment Power
Selain kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi, nilai zero moment power (Mo) juga digunakan untuk menduga kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas. Ubi ungu sehat memiliki nilai Mo berkisar antara 13.73 sampai 24.00, sedangkan Mo pada ubi ungu terserang hama lanas berkisar antara 13.91 sampai 24.68 (Lampiran 3, Gambar 10). Nilai Mo pada ubi ungu diketahui dari hasil pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik berupa hubungan amplitudo dan waktu, yaitu dengan melakukan FFT. Baris program dan hasil yang digunakan untuk menghitung nilai Mo dapat dilihat pada Lampiran 6 dan 7.
Gambar 10 Zero moment power pada ubi jalar ungu sehat dan ubi jalar ungu terserang hama lanas
Nilai tengah yang digunakan untuk menentukan batas kerusakan antara ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas adalah 19.08. Ubi ungu yang memiliki nilai Mo lebih besar dari 19.08 termasuk ke dalam kategori ubi ungu terserang hama lanas dan ubi ungu dengan nilai Mo kurang dari batas tersebut merupakan ubi ungu sehat. Secara matematis, kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas dapat dituliskan sebagai berikut.
Mo ≥ 19.08 → L (11)
Mo < 19.08 → S (12)
Dengan Mo merupakan nilai zero moment power, S merupakan ubi ungu sehat dan L merupakan ubi ungu terserang hama lanas.
Validasi Model Pendugaan Kerusakan Ubi jalar Ungu Akibat Hama Lanas Validasi model Pendugaan Berdasarkan Kecepatan gelombang Ultrasonik
Berdasarkan Persamaan 7 dan 8, dilakukan validasi terhadap model untuk menguji ketepatan persamaan model yang telah dibangun dengan cara menghitung tingkat keberhasilan pemilihan ubi ungu. Grafik sebaran data validasi kecepatan gelombang ultrasonik untuk pengujian model dapat dilihat pada Gambar 11. Berdasarkan sebaran data validasi kecepatan gelombang ultrasonik pada ubi ungu
18.72 19.43 13.73 24.00 13.91 24.68 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Mo
Ubi sehat Ubi lanas
n = 40 n = 30
Mean
sehat dan ubi ungu terserang hama lanas, terdapat 3 buah ubi sehat yang masuk ke dalam kelompok ubi terserang lanas dan 2 buah ubi terserang hama lanas yang tergolong ke dalam ubi sehat. Data lengkap kecepatan gelombang ultrasonik pada ubi ungu dapat dilihat pada Lampiran 4. Kesalahan pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas disajikan pada Tabel 8.
Gambar 11 Validasi model pendugaan serangan hama lanas pada ubi ungu menggunakan cepat rambat gelombang ultrasonik
Tabel 8 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan kecepatan gelombang
Kategori ubi jalar Hasil Pemilahan
Lanas Sehat Total Kesalahan (%)
Sehat 3 17 20 15.00
Lanas 13 2 15 13.33
Berdasarkan persamaan 7 dan 8, diketahui bahwa model pendugaan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas dapat mengelompokkan ubi ungu secara baik dengan persentase keberhasilan 85.71% dan nilai APER sebesar 14.29%. Terjadi kesalahan pengelompokan ubi ungu sehat sebesar 15%, yaitu 3 dari 20 ubi ungu sehat masuk ke dalam kategori terserang hama lanas, dan kesalahan pengelompokan ubi ungu terserang hama lanas sebesar 13.33%, yaitu 2 dari 15 ubi ungu terserang lanas masuk ke dalam kategori sehat.
Validasi Model Pendugaan Berdasarkan Koefisien Atenuasi
Pengujian model menggunakan data validasi Persamaan 9 dan 10 dapat dilihat pada Gambar 12. Hasil validasi model pendugaan kerusakan ubi ungu berdasarkan koefisien atenuasi menunjukkan bahwa sebanyak 9 ubi ungu sehat berada dibawah garis batas atau masuk ke dalam kategori ubi terserang hama lanas dan terdapat 4 ubi ungu terserang hama lanas yang masuk ke dalam kategori ubi ungu sehat. 220 225 230 235 240 245 250 255 260 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Kec ep atan ( m /s ) Kekerasan (kgf/cm2) ubi sehat (n=20) ubi lanas (n=15)
22
Gambar 12 Validasi koefisien atenuasi ubi ungu sehat dan terserang lanas Data lengkap validasi koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada ungu dapat dilihat pada Lampiran 4. Kesalahan pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas berdasarkan koefisein atenuasi disajikan pada Tabel 9. Tabel 9 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan koefisien atenuasi
gelombang ultrasonik
Kategori ubi jalar Hasil pemilihan
Lanas Sehat Total Kesalahan (%)
Sehat 9 11 20 45.00
Lanas 11 4 15 26.67
Pengelompokan ubi ungu berdasarkan koefisien atenuasi memiliki tingkat kesalahan yang cukup tinggi dibanding pengelompokan berdasarkan kecepatan gelombang ultrasonik. Keberhasilan pemilahan ubi ungu sehat sebesar 62.86% dengan nilai APER sebesar 37.14%. Pengelompokan ubi ungu menggunakan koefisien atenuasi cukup sulit dilakukan. Terjadi kesalahan pengelompokan ubi sehat sebesar 45% dan ubi ungu terserang hama lanas sebesar 26.67%, yaitu 9 dari 20 ubi ungu sehat masuk ke dalam kategori terserang lanas dan 4 dari 15 ubi ungu terserang hama lanas masuk ke dalam kategori sehat.
Validasi Model Pendugaan Berdasarkan Zero Moment Power
Berdasarkan Persamaan 11 dan 12 mengenai batas nilai Mo untuk menduga kerusakan ubi ungu diperoleh hasil validasi model seperti pada Gambar 13. Pendugaan kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas menggunakan nilai Mo memiliki keberhasilan yang kurang baik dibanding dengan pengelompokan menggunakan kecepatan gelombang. Pada nilai batas pendugaan Mo 19.08 terdapat kesalahan pengelompokan ubi ungu sehat sebesar 25% dan ubi ungu terserang hama lanas sebesar 40%. Terdapat 5 dari 20 ubi ungu sehat masuk ke dalam kategori terserang hama lanas dan 6 dari 15 ubi ungu terserang lanas masuk kategori sehat. Persentase keberhasilan pemilahan ubi ungu pada batas ini adalah 68.57% dengan kesalahan (APER) sebesar 31.43% (Tabel 10).
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Ko ef is ien aten u asi (Np /m ) Kekerasan (kgf/cm2) ubi sehat (n=20) ubi lanas (n=15)
Gambar 13 Validasi model pendugaan kerusakan ubi ungu menggunakan Mo Tabel 10 Persentase kesalahan pemilahan ubi ungu berdasarkan Mo
Kategori ubi jalar Hasil pemilihan
Lanas Sehat Total Kesalahan (%)
Sehat 5 15 20 25.00
Lanas 9 6 15 40.00
Model Pendugaan Serangan Lanas Berdasarkan Kombinasi Karakteristik Gelombang Ultrasonik
Pengelompokan ubi ungu menggunakan kombinasi karakteristik gelombang ultrasonik dilakukan menggunakan analisis diskriminan. Analisis diskriminan merupakan suatu metode untuk mengetahui variabel mana yang membedakan suatu kelompok dengan kelompok lain dalam suatu populasi, serta dapat digunakan untuk mengklarifikasi data berdasarkan perbedaan karakterisitik data tersebut (Maria et al. 2013). Kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan zero moment power digunakan sebagai variabel untuk mengelompokan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas.
Dalam menentukan sebuah model, perlu dilakukan pengujian multikolinearitas untuk mengetahui bahwa setiap variabel dalam sebuah model dapat digunakan dalam pembentukan fungsi diskriminan. Hasil uji multikolinieritas menunjukkan bahwa model tidak mengalami multikolinieritas karena nilai variance inflation factor (VIF) kurang dari 10 dan nilai toleransi lebih dari 0.1 sehingga kecepatan gelombang ultrasonik, koefisien atenuasi dan zero moment power tidak memiliki hubungan linier antar variabel dan dapat digunakan sebagai variabel penduga untuk pembentukan fungsi diskriminan pendugaan serangan hama lanas pada ubi ungu.
Tabel 11 Uji multikolinieritas antar variabel penduga
Statistic Kecepatan (m/s) Atenuasi (Np/m) Mo
Tolerance 0.880 0.886 0.992 VIF 1.136 1.129 1.008 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 M0 Kekerasan (kgf/cm2) ubi sehat (n=20) ubi lanas (n=15)
24
Selain itu, pengujian analisis diskriminan harus memenuhi beberapa asumsi lain, yaitu data terdistribusi normal multivariat dan memiliki matriks kovarian yang sama (Rizkiana et al. 2015). Uji normal multivariat menggunakan plot Khi-kuadrat (Gambar 14) dilakukan dengan menggunakan aplikasi SPSS versi 15.0 dengan nilai signifikansi 0.05. Terdapat korelasi yang tinggi antara jarak mahalanobis dengan khi-kuadrat yaitu 0.992, dan sebaran data yang cendrung membentuk garis lurus dengan lebih dari 50% (54.28%) nilai jarak mahalanobis kurang dari nilai khi-kuadrat. Nilai signifikansi lebih besar dari 0.05 menunjukkan bahwa data ketiga variabel terdistribusi secara normal. Hasil pengujian statitistika dapat dilihat pada Lampiran 8.
Gambar 14 Plot kuartil khi-kuadrat uji normalitas multivariate
Uji kesamaan matrik kovarian dilakukan dengan menggunakan uji Box’s dari software XLstat untuk menentukan homogenitas data yang digunakan (Tabel 12). Nilai signifikansi > 0.05 menunjukkan matrik kovarian antar kelompok adalah homogen. Kondisi data yang digunakan untuk menduga serangan hama lanas pada ubi ungu adalah terdistribusi normal multivariat dan homogen, sehingga fungsi diskriminan yang dibangun adalah fungi diskriminan linier.
Tabel 12 Hasil uji kesamaan matriks kovarian Hasil uji -2Log(M) 9.481 F (Observed value) 1.502 F (Critical value) 2.099 DF1 6 DF2 27010 p-value 0.173 alpha 0.05
Uji kesamaan vektor rataan dilakukan untuk menduga variabel yang dapat membedakan kelompok ubi ungu sehat dan terserang hama lanas (Tabel 13). Nilai signifikasi (p-value) pada kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi di bawah 0.05, sehingga dianggap dapat membedakan ubi ungu sehat dan terserang lanas dengan baik. Sedangkan Mo memiliki nilai signifikansi di atas 0.05 dan secara tunggal tidak dapat mengelompokkan ubi ungu dengan baik.
y = 1.122x - 0.3285 R² = 0.9837 R = 0.9918 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C h i sq u ar e Jarak Mahalanobis
Tabel 13 Hasil uji vektor rataan
Variable Lambda F DF1 DF2 p-value
Kecepatan 0.365 118.153 1 68 < 0.0001
Atenuasi 0.919 6.001 1 68 0.017
Mo 0.984 1.097 1 68 0.299
Setelah beberapa asumsi atau syarat dalam penyusunan persamaan analisis diskriminan terpenuhi, didapat fungsi skor analisis diskriminian linier untuk pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas yang ditunjukkan pada Persamaan 13. Nilai pembatas yang digunakan adalah nilai cutting score sebesar 0.3778. Skor diskriminan ubi ungu yang lebih besar dari 0.3778 akan masuk ke dalam kategori ubi ungu terserang lanas, sedangkan yang lebih rendah akan masuk ke dalam kelompok ubi sehat (Lampiran 8). Berdasarkan hasil analisis terhadap data observasi ubi ungu sehat dan terserang lanas, dibuat pengelompokan berdasarkan pada kedekatan data hasil observasi terhadap titik tengah masing-masing kelompok.
d = -51.273 + 0.213X1 -0.008X2 + 0.041X3 (13) Dimana: d = skor diskriminan untuk ubi ungu
X1 = kecepatan gelombang ultrasonik (m/s) X2 = koefisien atenuasi (Np/m)
X3 = zero moment power (Mo)
Hasil analisis diskriminan untuk mengelompokkan ubi ungu sehat dan ubi ungu yang terserang hama lanas berdasarkan kombinasi karakteristik gelombang ultrasonik diplotkan dan divalidasi menggunakan software XLstat untuk melihat tingkat keberhasilan pemilihan. Plot pengelompokan ubi ungu ditampilkan pada Gambar 15, sedangkan hasil validasi disajikan pada Tabel 14.
Gambar 15 Plot pengelompokan ubi ungu sehat dan ubi jalar ungu terserang hama lanas
Berdasarkan validasi yang dilakukan pada pengelompokan ubi ungu, terdapat 3 dari 15 ubi ungu terserang hama lanas masuk ke dalam kategori ubi ungu sehat dan 2 dari 20 ubi ungu sehat masuk ke dalam kategori ubi ungu terserang hama lanas. Pengelompokan yang dilakukan memiliki keberhasilan sebesar 85.71%
-4 -3.2 -2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 -4 -3.2 -2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 F2 ( 0 .0 0 %) F1 (100.00 %) lanas sehat lanas(Validation) sehat(Validation)
26
dengan nilai APER 14.29%. Ringkasan Analisis diskriminan dapat dilihat pada Lampiran 8.
Tabel 14 Kesalahan pengelompokan ubi ungu menggunakan analisis diskriminan berdasarkan karakteristik gelombang ultrasonik
Dari\Ke Lanas Sehat Total % Keberhasilan % Kesalahan
Lanas 12 3 15 80.00% 20.00%
Sehat 2 18 20 90.00% 10.00%
Total 14 21 35 85.71% 14.29%
SIMPULAN DAN SARAN
SimpulanRata-rata kecepatan gelombang ultrasonik dan nilai zero moment power (Mo) lebih tinggi pada ubi ungu terserang hama lanas dibandingkan ubi ungu sehat, sementara rata-rata koefisien atenuasi pada ubi ungu sehat lebih tinggi dibanding koefisien atenuasi pada ubi ungu terserang hama lanas. Hasil analisis diskriminan untuk mengelompokkan ubi ungu sehat dan terserang hama lanas menunjukkan bahwa kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan Mo dapat digunakan untuk menduga kerusakan ubi ungu akibat serangan hama lanas, dengan kecepatan sebagai faktor dominan yang membuat pembeda. Setelah dilakukan validasi terhadap fungsi diskriminan yang dibuat, diperoleh keberhasilan model penduga kerusakan sebesar 85.71% dengan nilai APER 14.29%, sehingga fungsi diskriminan yang dihasilkan cukup baik untuk mengelompokkan ubi ungu sehat dan ubi ungu terserang hama lanas.
Saran
Saran untuk penelitian mengenai pemanfaatan gelombang ultrasonik pada produk pertanian, posisi ujung transducer harus seragam menempel pada sampel yang diukur agar hasil pengukuran akurat. Hubungan kekerasan dan kadar air ubi ungu dengan sifat akustik gelombang ultrasonik sangat lemah, sehingga perlu dipejari faktor lain yang mempengaruhi sifat akustik gelombang ultrasonik pada ubi ungu tersebut.
