Pengembangan Alat Ukur Indeks Bias Mengunakan Prisma Berongga
dari Lembaran Kaca Komersial Biasa dan Laser He-Ne untuk
Pengujian Kualitas Minyak Goreng
(masuk/received 24 Oktober 2016, diterima/accepted 14 Juli 2017)
x
Developing a Refractive Index Measurement Instrument Using a Hollow
Prism Made from Ordinary Commercial Glass Plate and a He-Ne Laser for
Quality Examination of Edible Oil
Nasrullah Idris, Sarina, Maswati, Devi Susilayani
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Syiah Kuala
Jl. Syech Abd. Rauf No. 3 Kopelma Darussalam 23111 Banda Aceh, Aceh, Indonesia
nasrullah.idris@unsyiah.ac.id
Abstrak –Prisma berongga telah dibuat dari lembaran kaca komersial biasa sebagai instrumen optik sederhana dan murah untuk penentuan secara cepat kualitas minyak goreng dengan pengukuran indeks biasnya. Dimensi lembaran kaca komersial tersebut yang dijadikan sisi-sisi prisma tersebut adalah 10 cm × 10 cm dengan ketebalan 5 cm. Pengukuran indeks bias minyak goreng dilakukan dengan memasukkan sampel minyak goreng ke dalam rongga prisma tersebut, kemudian dilewatkan berkas cahaya helium neon (He-Ne) dan diukur sudut deviasi berkas laser tersebut setelah lewat melalui prisma berongga tersebut. Indeks bias minyak goreng kemudian dihitung menggunakan besarnya sudut deviasi hasil pengukuran dan sudut apit prisma tersebut. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini ada 2 jenis, yaitu minyak goreng kualitas baik (minyak baru) dan minyak goreng kualitas rendah (minyak bekas pakai). Ditemukan bahwa indeks bias minyak goreng kualitas bagus (minyak goreng baru) adalah 1,5054. Sebagai pembanding, pengukuran indeks bias juga dilakukan untuk sampel air terdistilasi (aquades) dan ditemukan bahwa hasil pengukuran menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa ini sangat dekat dengan hasil pengukuran menggunakan refraktometer Abbe. Ini menunjukkan bahwa indeks bias minyak goreng dapat diukur menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa dengan akurasi yang relatif tinggi. Selanjutnya, telah ditemukan juga bahwa indeks bias minyak goreng kualitas rendah (bekas pakai) meningkat seiring meningkatnya frekuensi pemakaiannya, di mana minyak goreng yang telah dipakai tiga kali indeks biasnya adalah 1,5402. Hasil pengukuran indeks bias ini memperlihatkan bahwa indeks bias minyak goreng kualitas bagus (minyak baru) lebih rendah dibandingkan indeks bias minyak goreng kualitas rendah (minyak bekas pakai). Hal ini menyiratkan bahwa indeks bias minyak goreng semakin meningkat seiring penurunan kualitas minyak goreng sehingga dapat dikatakan bahwa indeks bias adalah sifat optik yang representatif untuk menyatakan kualitas minyak goreng. Hasil penerapan awal ini membuktikan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa ini dapat digunakan sebagai instrumen optik sederhana untuk pengukuran secara cepat, murah, dan akurat indeks bias minyak goreng guna penentuan kualitasnya.
Kata kunci: prisma berongga, kaca komersial, indeks bias, kualitas minyak goreng, laser He-Ne
Abstract – A hollow prism was made from ordinary commercial glass plate as simple, cheap optical instrument for examining quickly the quality of edible oil by measuring its refractive index. The thickness of the glass plate is 5 mm with a dimension of 10 cm × 10 cm used for each sides of the prism. The refractive index was measured by filling the edible oil sample into the prism cavity and passing a He-Ne laser light through the prism and then the deviation angle of the laser light after passing through the filled prism was measured. The refractive index was calculated using the measured deviation angle of the laser light and the apex angle of the prism. There were two kinds of oil samples used in this work, namely good quality edible oil (new edible oil) and low quality edible oil (used edible oil). As the results, it was found that refractive index of the good quality edible oil (new oil) was 1.5054. It was also found that refractive index of the distilated water sample measured using the constructed hollow prism is extremely close to the result measured by the well established optical instrument, Abbe refractometer. This shows that refractive index of edible oil can be measured by using the hollow prism made from the ordinary commercial glass plate with very high accuracy. It was also found that refractive index of the low quality edible oil (used oil) increased with increasing its using frequency. The refractive index of the edible oil sample used 3 times was 1.5054. These results displayed that refractive index of good quality edible oil is lower than that of the used edible oil. This implies that the refractive index increases with lowering the quality of edible oil, confirming that refractive index is a representative optical property of the quality of edible oil. These preliminary results proved that the hollow prism made from the ordinary commercial glass plate can be used as a simple optical method for measuring quickly, cheaply and accurately refractive index to certify the quality of edible oils.
I. PENDAHULUAN
Minyak goreng adalah salah satu bahan makanan kebutuhan pokok manusia [1,2]. Secara umum di negara berkembang dan maju, konsumsi minyak goreng meningkat tajam karena minyak goreng selain untuk konsumsi rumah tangga juga menjadi bahan baku berbagai industri seperti industri makanan, industri sabun, industri kosmetik dan lain-lain. Permintaan minyak goreng yang terus meningkat tersebut telah mendorong pihak-pihak tertentu membuat dan mendistribusikan minyak goreng dengan kualitas rendah bahkan buruk kepada konsumen demi mendapatkan keuntungan yang besar. Minyak goreng kualitas rendah tersebut dapat dibuat dengan pengoplosan, yaitu minyak jelantah buangan hotel, restoran atau industri yang telah dipakai berulang-ulang dicampur dengan minyak baru dalam proporsi yang menguntungkan [3]. Selain itu, sebagian pengusaha makanan seperti para penjual gorengan, yang jumlahnya sangat banyak di berbagai wilayah di Indonesia, demi pengurangan biaya produksi dan mendapatkan keuntungan yang jauh lebih besar juga diperkirakan terus menggunakan minyak goreng secara berulang-ulang. Dengan demikian, minyak goreng kualitas rendah dapat berasal dari minyak goreng kualitas baik yang dioplos dengan minyak goreng bekas pakai dan minyak goreng yang telah dipakai secara berulang kali. Pada sisi lain, pemakaian minyak goreng secara berulang-ulang sangat berbahaya bagi kesehatan konsumen misalnya menyebabkan gangguan hati [4-6], dan bahkan pemakaian minyak goreng secara berulang dengan frekuensi pemakaian tinggi dalam kurun waktu tertentu dapat menyebabkan penyakit kanker [7-8]. Oleh karena itu, kualitas minyak goreng yang dikonsumsi masyarakat maupun yang digunakan industri makanan harus selalu diawasi [9-10].
Pada dasarnya, beberapa parameter fisika telah digunakan untuk menentukan kualitas minyak goreng, seperti indeks bias [11], warna [12], viskositas [13,14], dan lain-lain. Karena itu beberapa instrumen telah dikembangkan berbasis pada pengukuran parameter-parameter tersebut, sehingga menghasilkan instrumen-instrumen komersial yang digunakan untuk penentuan kualitas minyak goreng seperti refraktometer, interfero-meter, viskosimeter Ostwald [12-19], dan lain-lain. Namun demikian, secara umum peralatan-peralatan tersebut relatif tidak mudah digunakan dan harganya juga relatif mahal. Hal ini menyebabkan instrumen-instrumen tersebut hanya ada di laboratorium-laboratorium tertentu yang memiliki sumber pendanaan dan sumber daya manusia terampil yang cukup seperti Laboratorium Pengujian Badan Pengawasan Obat-obatan dan Makanan (BPOM), Laboratorium Kesehatan, dan laboratorium-laboratorium pelayanan atau penelitian di lembaga-lembaga pemerintah maupun swasta lainnya [20,21]. Karena itu instrumen-instrumen tersebut tidak dapat dengan mudah diakses oleh masyarakat umum yang membutuhkan pengujian cepat dan murah terhadap kualitas minyak goreng yang dikosumsi sehari-hari. Oleh karena itu perlu dikembangkan instrumen-instrumen yang
lebih sederhana prinsip penggunaannya, serta harganya lebih murah.
Seperti disebutkan di atas pada dasarnya beberapa besaran fisika dapat digunakan untuk menyatakan kualitas minyak goreng. Salah satu besaran yang digunakan dalam berbagai instrumen dengan bermacam-macam konfigurasi untuk penentuan sifat optik bahan termasuk bahan cair (fluida) adalah indeks bias. Dalam penelitian ini, sebuah refraktometer sederhana sebagai alat ukur cepat dan mudah dirancang dan dikonstruksi dengan menggunakan sebuah prisma berongga (hollow
prism) atau disebut juga prisma fluida (fluid prism) dan
sebuah laser He-Ne sebagai sumber berkas cahaya untuk pengujian kualitas minyak goreng yang berbasis pada pengukuran indeks biasnya.
Prisma berongga (hollow prism) merupakan sebuah piranti optik (transparan) yang dibuat dari lembaran kaca atau gelas paralel yang dibentuk menjadi sebuah segitiga dengan sudut apit (apex angle) dan sudut kaki tertentu di mana bagian tengah prisma tersebut berupa rongga kosong. Pada bagian tengah prisma (rongga) ini dapat diisi dengan bahan-bahan cair atau gas (fluida) yang ingin diukur indeks biasnya. Oleh karena itu prisma berongga disebut juga sebagai prisma fluida. Secara umum prisma berongga atau prisma fluida ini dibuat menggunakan pelat kaca paralel [22-24]. Pelat kaca paralel adalah bahan optik kualitas tinggi dengan harga yang relatif mahal dan tidak mudah didapatkan terutama di negara berkembang seperti Indonesia. Prisma berongga (hollow
prism) telah digunakan untuk pengukuran indeks bias
berbagai fluida [25-28]. Dalam penelitian ini, prisma berongga (hollow prism) yang dirancang ini dibuat dari bahan lembaran kaca komersial biasa yang dapat diperoleh dengan mudah dan dengan harga yang jauh lebih murah dibanding dengan kaca paralel. Lembaran kaca komersial biasa ini umumnya digunakan untuk sebagai bahan jendela bangunan maupun pembuatan furnitur-furnitur perumahan maupun perkantoran ataupun keperluan-keperluan lainnya.
Prinsip pengukuran indeks bias menggunakan prisma berongga ini pada dasarnya berbasis pada prinsip pembiasan cahaya ketika lewat melalui 2 medium dengan kerapatan (indeks bias) berbeda. Berkas cahaya dilewat-kan melalui prisma berongga (hollow prism) yang berisi fluida untuk kemudian diukur sudut deviasi minimum berkas cahaya tersebut setelah melewati fluida dalam prisma seperti ditunjukkan dalam Gambar 1 [22-24]. Sudut deviasi d adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan garis penjalaran cahaya datang dengan perpanjangan garis penjalaran cahaya bias yang meninggalkan prisma pada sisi permukaan keluar prisma berongga tersebut. Sudut deviasi minimum dm
adalah sudut penyimpangan (deviasi) berkas cahaya dari arah datang awal berkas cahaya ketika sudut masuk berkas cahaya datang pada permukaan sisi masuk prisma sama dengan sudut keluar berkas cahaya pada sisi permukaan keluar prisma tersebut. Dengan mengukur sudut deviasi minimum tersebut, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1, maka indeks bias zat cair tersebut dapat ditentukan.
Gambar 1. Prinsip pembiasan cahaya pada sebuah prisma,
termasuk prisma berongga (hollow prism).
Indeks bias fluida dalam prisma berongga tersebut dapat ditentukan dengan persamaan [23-25]
A
A
d
n
m2
1
sin
2
1
sin
(1)dengan dm sudut deviasi minimum antara berkas cahaya datang dengan cahaya yang dibiaskan oleh fluida tersebut, A sudut apit prisma (apex angle), dan n indeks bias prisma atau fluida dalam prisma tersebut. Untuk perhitungan indeks bias menggunakan sudut deviasi minimum tersebut mengharuskan pengukuran sudut datang cahaya pada prisma dan sudut keluar cahaya dari prisma tersebut. Dalam penelitian ini sudut deviasi minimum diaproksimasi menjadi sudut deviasi berkas cahaya saja sehingga tidak memerlukan pengukuran sudut datang berkas cahaya. Besarnya sudut deviasi berkas cahaya keluar dari prisma berongga berisi fluida ditentukan dengan formula Phytagoras seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Diagram pengukuran indeks bias minyak goreng
menggunakan prisma berongga dengan melewatkan berkas cahaya laser He-Ne melalui prisma yang diisi sampel minyak goreng yang hendak diuji.
Dengan pendekatan ini, maka sudut deviasi minimum dm ditulis sebagai sudut deviasi d sebagai berikut
P
T
d
m
sin
(2)
P
T
d
d
m 1sin
(3)dengan d sudut deviasi antara berkas cahaya datang tanpa adanya fluida dalam prisma berongga dengan berkas cahaya yang dibiaskan setelah lewat melalui fluida dalam prisma berongga, T jarak antara titik acuan berkas cahaya laser pada layar ketika prisma tidak diisi fluida dengan sisi (permukaan) keluar prisma, dan P jarak pembiasan cahaya laser, yaitu jarak antara titik keluar berkas cahaya laser He-Ne pada sisi keluaran (permukaan) prisma ke layar pengamatan. T dan P diukur dalam eksperimen dan kemudian sudut deviasi berkas laser d dihitung menggunakan persamaan (3).
Indeks bias dihitung dengan memasukkan nilai atau besarnya sudut deviasi berkas laser d yang diperoleh dari persamaan (3) ke dalam persamaan (1) dan besarnya sudut apit prisma. Diasumsikan bahwa nilai indeks bias minyak goreng hasil pengukuran dengan pendekatan ini tidak akan berbeda secara signifikan dengan nilai indeks yang diukur menggunakan sudut deviasi minimum dm. Meskipun akan muncul sedikit perbedaan namun diasumsikan bahwa secara sistematik perbedaan tersebut akan muncul dalam setiap pengukuran karena pengukuran dilakukan dengan prinsip yang sama. Hal ini pada dasarnya tidak terlalu berpengaruh pada hasil akhir penelitian karena fokus penelitian adalah pembandingan indeks bias minyak goreng kualitas bagus (minyak baru) dengan minyak goreng kualitas rendah (bekas pakai).
II. BAHAN DAN METODE
Penelitian ini dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap perancangan dan konstruksi prisma berongga dan tahap pengujian awal untuk pengukuran indeks bias guna penentuan kualitas minyak goreng. Prisma dirancang dengan sudut apit 60° dan sudut-sudut lainnya juga 60° seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.
10 c m 10 cm 60 60 60 o o o d = 5m m
Gambar 3. Rancangan prisma berongga.
Bahan yang digunakan untuk membuat prisma berongga (hollow prism) tersebut adalah pelat kaca komersial biasa dengan transparansi yang relatif tinggi dengan dimensi pelat-pelat kaca untuk sisi-sisi segitiga prisma tersebut adalah 10 cm × 10 cm. Ketebalan pelat
kaca yang digunakan adalah 5 mm. Prisma berongga dibuat dengan melekatkan lembaran-lembaran pelat kaca tersebut membentuk segi tiga sama sisi menggunakan bahan perekat. Kemudian pada salah satu sisi samping prisma tersebut dibuat lubang yang digunakan untuk memasukkan dan mengeluarkan sampel minyak goreng ke rongga tengah prisma tersebut.
Setelah prisma berongga dibuat, tahap berikutnya adalah pengujian kemampuan prisma berongga tersebut untuk menentukan indeks bias guna menentukan kualitas minyak goreng. Pada pengujian awal kemampuan refrak-tometer sederhana ini, sampel minyak yang digunakan adalah satu jenis saja, yaitu minyak goreng curah. Sampel minyak goreng curah tersebut ada 2 macam, minyak goreng curah kualitas baik, yaitu minyak goreng curah baru dan minyak goreng curah kualitas rendah, yaitu minyak goreng curah bekas pakai. Minyak goreng curah baru tersebut adalah minyak goreng curah yang dijual secara komersial di pasar-pasar, sedangkan minyak goring bekas pakai adalah minyak goreng curah baru tersebut yang kemudian dipakai menggoreng bahan makanan berupa ikan secara berulang. Kondisi pada setiap kali perulangan pemakaian dibuat sedemikian rupa sehingga sama, yaitu volume bahan makanan yang digoreng dan durasi penggorengan serta suhu penggorengan dijaga sama.
Untuk pengukuran indeks bias, ada beberapa perangkat lain yang digunakan dalam penelitian ini yang terdiri dari sebuah sumber cahaya yaitu sebuah laser He-Ne (λ = 594 nm, daya 4 mW), layar, gelas beaker bervolume 50 ml, dan penggaris. Prinsip pengujiannya adalah minyak yang akan diuji dimasukkan ke dalam rongga hollow prism kemudian berkas laser tersebut diarahkan pada sudut tertentu dengan normal permukaan salah satu miring prisma agar lewat melalui sampel minyak goreng di dalam prisma tersebut sehingga berkas laser yang keluar mengalami refraksi pada sudut tertentu seperti ditunjukkan dalam sketsa diagram penelitian pada Gambar 2.
Proses pengujian dimulai dengan penentuan titik acuan posisi berkas laser pada layar pengamatan ketika prisma berongga berada dalam keadaan kosong, belum diisi sampel minyak goreng. Dalam keadaan prisma berongga belum diisi dengan sampel minyak goreng, berkas laser dilewatkan melalui prisma tersebut sehingga berkas laser keluar menuju layar pengamatan pada posisi tertentu. Titik ini menjadi titik acuan untuk pengukuran
T. Kemudian dilakukan pengukuran T, jarak referensi
yang ditempuh berkas cahaya setelah keluar prisma ketika rongga prisma belum diisi sampel minyak. Selain itu titik tersebut juga menjadi titik acuan pengukuran posisi berkas laser pada layar setelah prisma berongga diisi dengan sampel minyak yang hendak diukur indeks biasnya.
Tahap berikutnya adalah memasukkan sampel minyak goreng ke dalam rongga prisma tersebut seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Kemudian berkas laser He-Ne dilewatkan dari sisi miring masukan prisma melalui sampel minyak goreng dalam rongga tersebut sehingga berkas laser He-Ne yang keluar dari sisi keluaran prisma
mengalami deviasi karena pembiasan (refraksi) oleh sampel minyak goreng tersebut. Selanjutnya dilakukan pengukuran jarak P dari sisi permukaan keluar prisma, dan kemudian besarnya sudut deviasi d diestimasi menggunakan persamaan (3). Jarak antara posisi titik ujung T dan posisi titik ujung P pada layar pengamatan juga diukur, sehingga sudut deviasi d dapat diestimasi menggunakan prinsip Phytagoras.
Untuk melihat tingkat keakuratan hasil pengukuran indeks bias minyak goreng menggunakan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa tersebut, pengukuran indeks bias juga dilakukan untuk sampel fluida standar yaitu air terdistilasi (aquades), yang indeks biasnya telah diketahui dengan baik. Sebagai pembanding, pengukuran indeks bias sampel air terdistilasi (aquades) juga dilakukan menggunakan alat ukur indeks bias standar laboratorium, yaitu refraktometer Abbe.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 4 memperlihatkan foto prisma berongga (hollow
prism) yang telah dikonstruksi menggunakan lembaran
kaca komersial biasa sesuai dengan rancangan yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Prisma berongga yang dibuat ini berbentuk segitiga sama sisi dengan dimensi masing-masing sisi adalah 10 cm × 10 cm. Sudut apit (apex angle) dan sudut-sudut lainnya prisma berongga tersebut adalah 60°. Foto tersebut diambil ketika prisma berongga tersebut belum diisi dengan sampel minyak goreng.
Gambar 4. Foto prisma berongga atau prisma fluida yang telah
dikonstruksi dari lembaran kaca komersial biasa.
Seperti dapat dilihat dalam gambar tersebut, meskipun dibuat dari lembaran-lembaran kaca komersial biasa, transmitansi sisi-sisi prisma berongga tersebut sangat baik, di mana setiap sisi prisma dapat dilihat dengan jelas dari sisi-sisi prisma yang lain. Pada salah satu sisi samping prisma berongga tersebut dibuat sebuah lubang yang dapat dibuka dan ditutup untuk dapat memasukkan atau membuang sampel minyak goreng dari
prisma berongga tersebut. Gambar 5 memperlihatkan foto prisma berongga tersebut setelah diisi dengan sampel minyak goreng. Dapat dilihat dengan jelas warna minyak goreng di dalam prisma berongga tersebut. Selain itu dapat dilihat bahwa sampel minyak goreng dapat ditempatkan dengan stabil dalam prisma berongga tersebut sehingga dapat dilakukan pengukuran indeks biasnya dengan melewatkan berkas laser He-Ne dan dilakukan pengukuran sudut deviasi berkas laser tersebut setelah lewat dari prisma dan sampel minyak goreng tersebut untuk perhitungan indeks bias.
Gambar 5 Foto prisma berongga yang dibuat dari lembaran
kaca komersial biasa yang telah diisi dengan sampel minyak goreng kualitas baik.
Pengujian kemampuan prisma berongga yang telah dibuat menggunakan kaca komersial biasa ini sebagai refraktometer sederhana dilakukan dengan melakukan pengukuran indeks bias sampel minyak goreng kualitas baik (minyak baru) dan minyak goreng kualitas rendah (minyak bekas pakai). Sebagaimana dijelaskan pada bagian metode penelitian, minyak goreng yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak goreng curah komersial yang dibeli secara bebas di pasar. Sampel minyak goreng kualitas baik yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak goreng curah baru yang belum pernah dipakai (Gambar 6a). Sementara minyak goreng kualitas rendah yang digunakan sebagai sampel dalam penelitian ini adalah minyak goreng curah kualitas baik tersebut yang kemudian telah secara sengaja dipakai untuk menggoreng bahan makanan (Gambar 6b). Volume bahan makanan yang digoreng, durasi penggorengan dan suhu penggorengan lebih kurang dibuat sama untuk setiap perulangan penggorengan.
Seperti yang dijelaskan pada bagian metode penelitian di atas, pengukuran indeks bias sampel minyak goreng menggunakan refraktometer sederhana ini dilakukan dengan melewatkan berkas laser He-Ne melalui sampel minyak goreng yang telah diisi ke dalam rongga. Kemudian diukur jarak P, dan juga jarak T. Gambar 7 memperlihatkan foto prisma berongga yang telah diisi dengan sampel minyak goreng saat berkas laser
(a)
(b)
Gambar 6. Foto prisma berongga yang telah diisi sampel
minyak dengan kualitas berbeda; (a) minyak goreng curah kualitas baik (minyak baru), (b) minyak goreng curah kualitas rendah (minyak yang telah dipakai tiga kali).
He-Ne dilewatkan melalui sampel minyak goreng dalam prisma tersebut. Pada tahap pertama, pengukuran indeks bias menggunakan refraktometer ini dilakukan untuk sampel minyak goreng curah kualitas baik. Selanjutnya dilakukan pengukuran indeks bias sampel-sampel minyak goreng curah kualitas rendah (bekas pakai). Untuk menguji akurasi hasil pengukuran indeks bias dengan menggunakan prisma berongga yang dibuat dengan lembaran kaca komersial biasa ini, pengukuran indeks bias juga dilakukan untuk sampel air terdistilasi (aquades). Sebagai perbandingan, pengukuran indeks bias indeks bias air terdistilasi (aquades) juga dilakukan dengan refraktometer Abbe komersial.
Gambar 7. Foto prisma yang berisi sampel minyak goreng
dengan berkas laser He-Ne lewat melalui sampel minyak goreng dalam rongga prisma tersebut.
Hasil pengukuran indeks bias sampel minyak goreng tersebut beserta sampel aquades dengan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa ini ditampilkan dalam Tabel 1. Hasil pengukuran indeks bias sampel aquades menggunakan refraktometer Abbe standar ditampilkan dalam Tabel 2. Indeks bias air terdistilasi (aquades) hasil pengukuran menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa adalah 1,3420 (Tabel 1). Nilai ini sangat dekat dengan nilai indeks bias hasil pengukuran menggunakan refraktometer Abbe standar, yaitu 1,3309 (Tabel 2). Selisih nilai indeks bias air terdistilasi (aquades) yang diukur dengan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa dengan yang diukur menggunakan refraktometer Abbe standar sangat kecil, yaitu hanya sekitar 0,0111 atau sekitar 0,83%. Hasil ini menunjukkan bahwa pengukuran indeks bias sampel air terdistilasi dengan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa cukup akurat, hasil pengukurannya menyamai hasil pengukuran mengguna-kan refraktometer buatan industri, refraktometer Abbe.
Hasil ini juga menunjukkan bahwa aproksimasi sudut deviasi minimum dm (persamaan 1) menjadi sudut deviasi
d (persamaan 3) menggunakan formula Phytagoras
ter-nyata tidak berpengaruh signifikan pada hasil pengukuran indeks bias. Memperhatikan hasil pengukuran indeks bias aquades menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa yang cukup akurat ini, dapat dipahami bahwa hasil pengukuran indeks bias sampel-sampel minyak goreng menggunakan prisma berongga ini (Tabel 1) juga cukup akurat. Ini menyiratkan bahwa prisma berongga yang meskipun dibuat dari lembaran kaca komersial biasa dapat digunakan sebagai instrumen optik sederhana untuk pengukuran indeks bias minyak goreng dengan akurasi cukup baik.
Dari hasil pengukuran nilai indeks bias minyak goreng curah yang ditunjukkan dalam Tabel 1, didapat-
Tabel 1. Hasil pengukuran nilai indeks bias sampel minyak
goreng curah.
No. Sampel Nilai Indeks Bias (n)
1 Minyak baru 1,5152 ± 0,0002 2 Minyak 1× pakai 1,5246 ± 0,0002 3 Minyak 2× pakai 1,5328 ± 0,0018 4 Minyak 3× pakai 1,5402 ± 0,0001 5 Aquades 1,3420 ± 0,00006
Tabel 2. Hasil pengukuran nilai indeks bias air terdistilasi
(aquades) menggunakan refraktometer Abbe standar.
No. Sampel Nilai Indeks Bias (n)
1 Aquades 1,3309
kan bahwa indeks bias minyak goreng curah kualitas baik (minyak baru) adalah 1,5152. Selanjutnya dari hasil pengukuran indeks bias untuk sampel-sampel minyak goreng yang telah dipakai, yang berarti kualitasnya berbeda-beda, yang ditunjukkan dalam Tabel 1 tersebut, dapat dilihat dengan jelas adanya perbedaan yang signifikan antara indeks bias minyak goreng curah kualitas baik (minyak goreng baru) dengan indeks minyak goreng curah kualitas rendah (minyak goreng bekas pakai). Terlihat nilai indeks bias minyak goreng meningkat seiring peningkatan perulangan pemakaian. Nilai indeks bias minyak goreng curah 1 kali pakai langsung meningkat menjadi 1,5246, meningkat sebesar 0,0094 dari indeks bias minyak goreng baru, 1,5152. Peningkatan nilai indeks bias tersebut semakin besar dengan peningkatan frekuensi perulangan pemakaian minyak goreng tersebut. Indeks bias minyak goreng yang telah dipakai sampai 3 kali perulangan adalah 1,5402, meningkat sekitar 0,025 atau 1,6% dari indeks bias minyak goreng baru.
Berdasarkan hasil pengukuran di atas dapat dikatakan bahwa semakin tinggi frekuensi perulangan pemakaian minyak goreng tersebut, semakin tinggi pula nilai indeks bias minyak goreng tersebut. Peningkatan indeks bias minyak goreng bekas pakai secara fisis dapat dipahami dikarenakan oleh peningkatan kerapatan minyak goreng akibat residu bahan makan yang digoreng di dalam minyak bekas pakai tersebut. Selain itu, jumlah asam lemak bebas dalam minyak goreng bekas pakai semakin meningkat dengan lama waktu proses penggorengan dan frekuensi perulangan pemakaian [25]. Keberadaan residu bahan gorengan dan peningkatan jumlah asam lemak bebas dalam minyak goreng bekas pakai menyebabkan perubahan sifat-sifat kimia dan fisika minyak goreng tersebut, termasuk indeks biasnya. Hal ini berarti semakin tinggi frekuensi perulangan pemakaian minyak goreng tersebut, semakin banyak residu bahan gorengan dan asam lemak dalam minyak tersebut, dan ini semakin besar pengaruhnya terhadap sifat kimia dan fisika minyak tersebut.
Salah satu perubahan sifat fisis yang nyata dan dapat dilihat secara visual pada minyak goreng yang dipakai secara berulang adalah perubahan warnanya. Secara
visual dapat dilihat bahwa warna minyak bekas pakai berbeda dengan minyak baru, dan perbedaan warna semakin nyata terjadi ketika frekuensi perulangan pemakaian semakin tinggi seperti ditunjukkan secara berturutan dalam Gambar 6a dan Gambar 6b. Minyak baru memperlihatkan warna kuning cerah, seperti dapat dilihat dalam Gambar 6a. Begitu dipakai sekali, warna minyak goreng tersebut langsung mengalami degradasi. Minyak yang telah dipakai secara berulang, misalnya 3 kali perulangan pemakaian, memperlihatkan warna kuning gelap bahkan kelihatan coklat seperti ditunjukkan dalam Gambar 6b. Dengan demikian dapat dipahami bahwa sifat fisis minyak berubah ketika minyak goreng tersebut dipakai untuk menggoreng, dan perubahan tersebut terus terjadi seiring peningkatan frekuensi perulangan pemakaiannya. Hal ini menyiratkan bahwa adanya hubungan yang sangat erat antara perubahan sifat fisika minyak goreng, di antaranya indeks bias dan warna dengan kualitasnya karena seperti disebutkan di atas bahwa secara umum dipahami minyak goreng bekas pakai kualitasnya menjadi rendah, dan kualitasnya terus menurun seiring dengan peningkatan frekuensi perulangan pemakaiannya. Oleh karena itu, hasil pengukuran indeks bias minyak goreng seperti ditunjukkan dalam Tabel 1, di mana indeks bias minyak goreng bekas pakai meningkat seiring peningkatan frekuensi perulangan pemakaian, dapat merepresentasi-kan kualitas minyak goreng.
Hasil pengukuran indeks bias tersebut menyiratkan minyak goreng kualitas bagus (minyak baru dan belum pernah dipakai) memiliki indeks bias yang lebih kecil dibandingkan dengan indeks bias minyak goreng kualitas rendah (bekas pakai). Indeks bias minyak goreng meningkat seiring dengan menurunnya kualitas minyak atau dengan kata lainnya semakin rendah kualitas minyak goreng semakin tinggi indeks biasnya dan sebaliknya semakin bagus kualitas minyak gorengnya semakin kecil nilai indeks biasnya. Dengan demikian untuk penentuan kualitas minyak goreng secara cepat, sebagai sebuah kebutuhan masyarakat umum sekarang mengingat banyak sekali peredaran minyak goreng kualitas rendah atau banyaknya para pengusaha makanan seperti tukang gorengan menggunakan minyak goreng secara berulang-ulang, dapat dilakukan dengan pengukuran indeks biasnya menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa ini.
Selain cukup akurat, pengukuran indeks bias dengan prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa ini juga sangat sensitif. Seperti dapat dilihat dalam Tabel 1, meskipun minyak goreng baru dipakai sekali, artinya perubahan sifat kimia dan fisika minyak goreng tersebut akibat residu dan asam lemak bebas karena pemakaian masih sangat kecil, namun nilai indeks bias yang diukur menggunakan prisma berongga tersebut langsung berubah. Hal ini menyiratkan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa ini dapat digunakan untuk mengukur indeks bias minyak dengan sensivitas tinggi. Hasil ini sangat menarik, meskipun prisma berongga atau prisma fluida ini dibuat menggunakan kaca komersial biasa, namun akurasi dan
sensitivitas pengukuran indeks bias cukup tinggi, mendekati akurasi dan sensitivitas refraktometer yang dibuat menggunakan bahan-bahan optik berkualitas tinggi. Hal ini menyiratkan bahwa prisma berongga (fluida) untuk pengukuran indeks bias minyak makan atau fluida-fluida lain dapat dibuat menggunakan kaca komersial biasa dengan hasil pengukuran yang sangat akurat dan sensitif. Selain itu, prinsip kerja pengukuran indeks bias minyak goreng menggunakan perangkat prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial ini sangat sederhana sehingga mudah digunakan. Pada sisi lain, karena menggunakan kaca komersial biasa, secara ekonomi harga prisma berongga yang dibuat menjadi murah, sehingga dapat dijangkau oleh sebagian besar masyarakat.
IV. KESIMPULAN
Prisma berongga (hollow prism) telah dapat dibuat menggunakan lembaran kaca komersial biasa dengan ketebalan 5 mm. Prisma berongga yang dibuat memiliki sudut apit 60° dan dimensi sisi-sisinya 10 cm ×10 cm. Prisma berongga tersebut dan sebuah laser He-Ne (λ = 589 nm) sebagai sumber cahaya telah dipakai sebagai refraktometer sederhana untuk mengukur indeks bias minyak goreng guna pengujian kualitasnya. Kemampuan dan akurasi prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa ini untuk pengukuran indeks bias cairan telah diuji dengan mengukur indeks bias sampel air terdistilasi (aquades) dan ditemukan bahwa hasil pengukuran indeks bias air terdistilasi menggunakan prisma berongga ini cukup akurat karena hasil pengukuran sangat dekat nilainya dengan indeks bias hasil pengukuran menggunakan instrumen yang telah diuji dan dikenal dengan baik, yaitu refraktometer Abbe. Pengukuran indeks bias minyak goreng dengan prisma berongga (hollow prism) yang dibuat menggunakan lembaran kaca komersial biasa menemukan bahwa nilai indeks bias minyak goreng tersebut merefleksikan kualitas minyak goreng, di mana minyak goreng kualitas bagus memiliki nilai indeks bias kecil sedangkan minyak goreng kualitas rendah nilai indeks biasnya lebih besar. Nilai indeks bias minyak goreng terus meningkat seiring penurunan kualitas minyak goreng tersebut. Dengan demikian kualitas minyak goreng dapat ditentukan melalui pengukuran indeks biasnya menggunakan refraktometer sederhana dan murah yang terdiri dari sebuah prisma berongga yang dibuat dari lembaran kaca komersial biasa dan laser He-Ne sebagai sumber cahaya. Pengukuran indeks bias minyak goreng menggunakan prisma berongga yang dibuat dari kaca komersial biasa ini sangat akurat dan sangat sensitif karena instrumen dapat mengukur dengan tepat perubahan sangat kecil indeks bias minyak goreng. Pada dasarnya, instrumen optik sederhana ini masih dapat dikembangkan lagi baik dengan miniaturisasi dimensi prisma berongga (hollow
prism) sehingga dapat lebih menghemat volume sampel
minyak goreng yang digunakan maupun dengan kemungkinan penggunaan laser yang lebih kecil seperti laser dioda sehingga secara keseluruhan sistem menjadi
lebih fleksibel, murah dan mudah digunakan dan ini menjadi target penelitian berikutnya.
UCAPAN TERIMA KASIH
Para penulis berterimakasih kepada Direktorat Pembelajaran dan kemahasiswaan (BELMAWA) Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi (KEMENRISTEKDIKTI) Republik Indonesia atas pemberian dana hibah Program Kreatifitas Mahasiswa (PKM) tahun 2016 untuk pelaksanaan kegiatan penelitian ini. Para penulis juga berterimakasih atas saran konstruktif Dr. Eng. Elin Yusibani dari Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Syiah Kuala untuk pengujian akurasi refraktometer yang dibuat.
PUSTAKA
[1] Ayutaningwarno dan Fitriyono. 2012. Pengolahan dan Aplikasi Minyak Sawit Merah Pada Industri Pangan. Vitasphere. Vol 2.1-11
[2] Khomsan, A. 2010. Pangan Dan Gizi Untuk Kesehatan, Jakarta, PT. Raja Grafindo Persada.
[3] Ayu, D. F., dan Hamzah, F. H. 2010. Evaluasi Sifat
Fisiko-Kimia Minyak Goreng yang Digunakan oleh Pedagang Makanan Jajanan di Kecamatan Tampan Kota Pekan Baru. SAGU, Algricultural Science and Technology
Journal. Vol. 9 (1): 4-14
[4] Dewi, M. T. I. dan N. Hidajati. 2012. Peningkatan Mutu
Minyak Goreng Curah Menggunakan Adsorben Bentonit Teraktivasi. UNESA Journal of Chemistry, 1, 47-53.
[5] Zulkarnain, E., Suyuthie, H., Yerizal, E., dan Sulastri, D. 2011. Pengaruh pemanasan terhadap kejenuhan asam
lemak minyak goreng sawit dan minyak goreng jagung, J.
Indo. Med. Assoc. Vol. 61 (6), hal. 248 – 252
[6] Gunawan, dan A. .Rahayu. 2003. Analisis Pangan:
Penentuan Angka Peroksida dan Asam Lemak Bebas Pada Minyak Kedelai Dengan Variasi Menggoreng. JSKA, VI.
[7] Suirta, I., 2007, Preparasi Biodiesel dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit, Journal of Chemistry Universitas Udayana, Bali
[8] Tanaka, T., Kohno, H., dan Mori, H. 2001,
Cemoprevention of Colon Carcinogenis by Dietery Non-Nutritive Compounds, Asian Pacific Journal of Cancer.
Vol. 2 (3): 165-177.
[9] Ketaren, S. 2005. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. UI-Press. Jakarta.
[10] Badan Standarisasi Nasional. 2002. Minyak Goreng SNI 01-3741-2002. Dewan Standarisasi. Jakarta.
[11] Supriyadi, Misto, dan Y. Hartanti, Pengukuran Indeks Bias Minyak Kelapa Sawit dengan Menggunakan Metode Difraksi Fraunhofer Celah Tungga. 2014. Jurnal ILMU DASAR, Vol. 15 (2) : 97-101.
[12] Nita Noriko, Dewi Elfidasari, Analekta Tiara Perdana, Ninditasya Wulandari, Widhi Wijayanti, 2012. Analisis dan Penggunaan Syarat Mutu Minyak Goreng pada Penjaja Makanan di Food Court UAI. Jurnal Al–Azhar Indonesia Seri Sains dan Teknologi. Vol.1 (3) : 147 – 154.
[13] Mujadin, A. 2014. Pengujian Kualitas Minyak Goreng
Berulang Menggunakan Metode Uji Viskositas dan Perubahan Fisis. Jurnal Al-Azhar Indonesia Seri Sains dan
Teknologi.
[14] Sutiah, K., S. Firdausi, dan Budi, W. S. 2008. Studi
Kualitas Minyak Goreng Dengan Parameter Viskositas
dan Indeks Bias. Berkala Fisika, 11, 53-58.
[15] Yunus, W. M. M., Y.W. Fen and M.Y. Lim. 2009.
Refractive Index and Fourier Transform Infrared Spectra of Virgin Coconut Oil and Virgin Olive Oil. American Journal of Applied Sciences 6 (2): 328-331.
[16] Siagian, H. 2004. Pemanfaatan Interferometer Michelson
dalam Menentukan Karakteristik Parameter Fisis Zat Cair. Jurnal Penelitian “SAINTIKA” 4 (2): 127-132.
[17] Govindan, G. and S.G. Raj. 2009. Measurement of
Refractive Index of Liquids using Fiber Optic
Displacement Sensors. Journal of American Sciences 5:
13-17.
[18] Winarno, F. G., Kimia Pangan dan Gizi, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2004.
[19] Ketaren, S., Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak
Pangan. Jakarta: UI Press, 1986.
[20] Widayat, Suherman dan K. Haryani, 2006. Optimasi
Proses Adsorbsi Minyak Goreng Bekas Dengan Adsorbent Zeolit alam: Studi Pengurangan Bilangan Asam. Jurnal
Teknik Gelagar, 17, 77 – 82.
[21] Sackheim, J. I. and D. D. Lehman, Chemistry for the
Health Sciences, 5th ed., Macmillan Publisher Company,
1995.
[22] Brewster, S. D., Optics, Vol. 7, 1829.
[23] Southall, P.C. J, Mirrors, Prisms and Lenses (A Text-Book
of Geometrical Optic), New York . The Mac Millan
Company, 1933.
[24] Guenther, R. D., Modern Optics, Wiley New York, 1990. [25] Singh, S., Refractive Index Measurement and its
Applications, Physica Scripta, 65(2), 2002.
[26] Khodier, S. A., Refractive index of standard oils as a
function of wavelength and temperature, Optics & Laser
Technology, Vol. 34 (2), 2002, 125–128.
[27] Synowickia, R. A., Greg K. Pribil, Gerry Cooney, Craig M. Herzinger, and Steven E. Green, 2004, Fluid refractive
index measurements using rough surface and prism minimum deviation techniques, Journal of Vacuum Science
& Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena 22, 3450.
[28] Mahmood bin Mat Yunus, W. and Azizan bin Abdul Rahman, 1988, Refractive index of solutions at high
