20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pola Spektra Buah Belimbing
Buah belimbing yang dikenai radiasi NIR dengan panjang gelombang 1000-2500 nm menghasilkan spektra pantulan (reflektan). Secara umum, spektra pantulan buah belimbing yang disimpan pada tingkat suhu yang berbeda memiliki pola yang hampir sama. Reflektan memiliki tiga lembah utama yaitu 1190 nm, 1440 nm, dan 1940 nm. Gambar 10 merupakan spektra buah belimbing pada yang disimpan pada suhu 5 oC.
Radiasi NIR yang dipancarkan ke bahan organik, sekitar 4% akan dipantulkan kembali oleh permukaan luar (regular reflection) dan sisanya sekitar 96% akan masuk ke dalam bahan kemudian mengalami penyerapan, pemantulan, penyebaran dan penerusan cahaya (Mohsenin 1984). Menurut Winarno et al. dalam Susilowati (2007) setiap substansi bahan atau material biologi memiliki spektrum NIR yang spesifik. Apabila diuji dua sampel bahan yang mempunyai komposisi kimia dan komposisi fisik berbeda, maka akan terlihat perbedaan spektrum NIR yang dilihat pada puncak-puncak gelombang pada spektrum reflektan.
Pengolahan awal (pretreatment) perlu dilakukan terhadap reflektan. Pretreatment yang dilakukan berupa normalisasi 0-1 yang bertujuan mengurangi error akibat pengaruh perbedaan ukuran partikel dan memperbesar rentang nilai reflektan. Spektra yang diperoleh dari ketiga bagian buah belimbing pada umumnya tidak berhimpit atau tidak memiliki nilai yang sama.
Dengan perlakuan awal berupa normalisasi 0-1, ketiga spektra akan terlihat berhimpit dan nilainya hampir sama (Gambar 11 dan Gambar 12). Hal ini dilakukan karena pada saat analisis spektra dengan menggunakan program NIRcal 5.2, ketiga spektra dikalibrasi dengan satu nilai yang sama yaitu pH rata-rata.
Gambar 10. Reflektan buah belimbing pada suhu penyimpanan 5 oC Panjang gelombang (nm)
Reflektan
21 Data reflektan secara tidak langsung digunakan untuk mengukur jumlah energi yang diabsorbsi oleh sampel. Data reflektan diubah menjadi data serapan (absorban) dengan mentransformasi data dalam log (1/Reflektan). Pada kurva absorbansi terlihat puncak-puncak penyerapan pada panjang gelombang 1190 nm, 1440 nm, dan 1940 nm yang mencerminkan kandungan air, dan diatas panjang gelombang 2400 nm mencerminkan kandungan pati (Osborne et al. 1993).
(a)
(b)
Gambar 11. Reflektan (a) sebelum normalisasi dan (b) setelah normalisasi Panjang gelombang (nm)
Reflektan
Panjang Gelombang (nm)
Reflektan
22
Gambar 12. Reflektan buah belimbing setelah normalisasi 0-1 pada suhu penyimpanan 5 oC
Gambar 13. Absorban buah belimbing setelah normalisasi 0-1 pada suhu penyimpanan 5 oC Panjang gelombang (nm)
Reflektan
Panjang gelombang (nm)
Absorban
23
4.2. Perubahan Parameter Mutu Buah Belimbing 4.2.1 Susut Bobot
Susut bobot buah belimbing cenderung meningkat dengan semakin lamanya penyimpanan. Susut bobot terjadi karena hilangnya air dalam buah oleh respirasi yang mengubah gula (C6H12O6) menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) (Kader 2002). Susut bobot merupakan salah satu parameter mutu buah yang mencerminkan tingkat kesegaran buah karena peningkatan susut bobot mengindikasikan terjadinya kehilangan air selama penyimpanan. Maka, semakin tinggi susut bobot tingkat kesegaran buah akan semakin berkurang. Grafik perubahan susut bobot buah belimbing selama penyimpanan pada masing- masing suhu dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Grafik perubahan susut bobot rata-rata pada berbagai tingkat suhu selama penyimpanan
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa perubahan susut bobot tertinggi terjadi pada penyimpanan suhu ruang, kemudian suhu 10 oC dan paling rendah adalah suhu 5 oC. Menurut Javanmardi dan Kubota (2006), tingginya proses respirasi buah yang disimpan pada suhu ruang dibandingkan buah yang disimpan pada suhu rendah menyebabkan susut bobot pada suhu ruang lebih tinggi. Kehilangan air merupakan penyebab langsung kehilangan secara kuantitatif (susut bobot), kerusakan tekstur (kelunakan dan kelembutan), dan kerusakan lainnya (kelayuan dan pengerutan).
4.2.2 Kekerasan
Uji kekerasan diukur berdasarkan tingkat ketahanan buah terhadap alat penekan dari alat rheometer. Alat ini diset dengan mode 20 dengan beban maksimum 10 kg dan kedalaman penekanan 10 mm. Kecepatan penurunan beban 60 mm/m dan diameter probe 5 mm.
Pengukuran dilakukan di tiga titik, tepat pada bagian yang diambil spektranya.
24 Nilai kekerasan buah akan semakin menurun dengan semakin lamanya penyimpanan, artinya buah belimbing semakin lunak. Hal ini disebabkan buah belimbing tetap mengalami perubahan kematangan selama penyimpanan sehingga tingkat kekerasan buah berubah.
Menurut Muchtadi (1992), perubahan turgor sel disebabkan karena komposisi dinding sel berubah, dan perubahan tersebut mempengaruhi kekerasan (firmness) buah, yang biasanya buah menjadi lunak apabila telah matang. Penurunan nilai kekerasan ini terjadi akibat degradasi pektin yang tidak larut air (protoektin) dan berubah menjadi pektin yang larut dalam air. Buah belimbing merupakan buah non-klimakterik dimana laju respirasi buah terus mengalami penurunan selama penyimpanan. Penurunan laju respirasi ini diikuti dengan penurunan mutu buah belimbing.
Suhu penyimpanan yang berbeda berpengaruh terhadap nilai kekerasan buah belimbing selama penyimpanan. Buah belimbing yang disimpan pada suhu dingin memiliki nilai kekerasan yang lebih baik. Hal ini disebabkan penyimpanan dingin dapat menghambat proses metabolisme, pemasakan, pelunakan, dan penuaan. Dari Gambar 15 terlihat bahwa buah yang disimpan pada suhu ruang mengalami penurunan nilai kekerasan paling besar kemudian suhu 10 oC dan 5 oC.
Gambar 15. Grafik perubahan kekerasan rata-rata pada berbagai tingkat suhu selama penyimpanan
4.2.3 Total Padatan Terlarut (TPT)
Kandungan total padatan terlarut suatu bahan menunjukkan kandungan gula yang terdapat pada bahan tersebut. Total padatan terlarut diukur dengan menggunakan refraktometer yang dinyatakan dalam persen brix sukrosa. Pengukuran dilakukan pada bagian yang berbeda yaitu bagian pangkal, bagian tengah, dan bagian ujung belimbing dan kemudian nilai hasil pengukurun dirata-ratakan.
Perubahan kandungan gula meliputi tiga macam yaitu glukosa, fruktosa, dan sukrosa.
Sukrosa memberikan rasa manis sehingga semakin tinggi nilai TPT maka buah akan semakin manis. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kandungan TPT buah belimbing mengalami perubahan yang bervariasi dan cenderung mengalami penurunan pada akhir penyimpanan.
25 Perubahan yang bervariasi dapat disebabkan karena pengukuran dilakukan pada buah yang berbeda pada setiap pengamatan. Pada Gambar 16 ditampilkan perubahan nilai TPT selama penyimpanan pada suhu 5 oC, 10 oC, dan suhu ruang.
Perubahan kandungan TPT buah belimbing selama penyimpanan tidak besar. Hal ini dikarenakan kandungan gula buah belimbing yang sedikit yaitu 3,98 gram. Namun, kandungan TPT buah belimbing mengalami peningkatan pada awal-awal penyimpanan karena adanya proses hidrolisis pati menjadi sukrosa, glukosa, dan fruktosa, kemudian kandungan TPT cenderung mengalami penurunan. Menurut Winarno (2002), peningkatan total gula terjadi karena akumulasi gula sebagai hasil degradasi pati, karena selama proses pematangan terjadi hidrolisis polisakarida menjadi gula-gula sederhana, sedangkan penurunan total padatan terlarut terjadi karena sebagian gula digunakan untuk proses respirasi. Pantastico (1986) menyatakan bahwa besarnya laju degradasi pati menjadi gula sederhana dipengaruhi oleh suhu dan enzim sehingga semakin tinggi suhu, maka degradasi pati akan semakin cepat sampai batas tertentu dimana katifitas enzim hidrolase akan terhambat. Dapat dilihat dari Gambar 16 bahwa peningkatan kandungan TPT pada suhu ruang cenderung lebih tinggi dibandingkan pada suhu 10 oC dan 5oC.
Gambar 16. Grafik perubahan TPT rata-rata buah belimbing pada berbagai tingkat suhu selama penyimpanan
4.2.4 Kadar air
Hasil pengukuran kadar air belimbing selama penyimpanana bervariatif. Hasil yang bervariatif dimungkinkan karena sampel buah yang berbeda sehingga terjadi variasi kadar air.
Buah belimbing memiliki kadar air yang tinggi yaitu 92-94%. Hasil pengukuran kadar air selama penyimpanan adalah 90-94% dan trendline menunjukkan buah belimbing cenderung mengalami penurunan kadar air. Menurut Pantastico (1986), setelah pemetikan buah masih mempunyai kadar air yang tinggi kemudian akan menurun sampai proses pemasakan. Buah belimbing merupakan buah non-klimakterik dimana setelah pemetikan laju respirasi terus menurun. Penurunan laju respirasi diikuti oleh penurunan mutu buah belimbing termasuk penurunan kadar air.
26 Hasil pengamatan pada Gambar 17 menunjukkan bahwa kadar air pada suhu 5 oC lebih tinggi, ini dikarenakan tingginya RH diruang penyimpanan sehingga terjadi penyerapan uap air dari udara sehingga penurunan kadar air tidak tinggi, sebaliknya pada suhu ruang yang memiliki RH rendah terjadi penguapan sehingga kadar air buah belimbing mengalami penurunan lebih tinggi dibandingkan pada suhu dingin.
Gambar 17. Grafik perubahan kadar air rata-rata pada berbagai tingkat suhu penyimpanan
4.3. Perubahan Parameter CI 4.3.1. Ion leakage
Ion merupakan muatan larutan baik berupa atom maupun molekul, dan dengan reaksi transfer elektron sesuai dengan bilangan oksidasinya menghasilkan ion. Saltveit (1989) menyatakan penyebab fisiologis untuk pengkondisian chilling injury pada buah-buahan dapat dipelajari dengan memeriksa kinetika kebocoran ion (ion leakage). Sedangkan Lewis dan Workman (1964) dalam Pantastico et al. (1986) menyatakan bahwa pada suhu lebih rendah dari 10 oC akan menimbulkan kerusakan fisiologis dan terjadi kebocoran-kebocoran elektrolit dengan cepat. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa selama penyimpanan terjadi perubahan ion leakage. Perubahan ion leakage terbesar adalah pada hari ke-6 penyimpanan yaitu sekitar 38,31% atau dengan nilai slope (laju perubahan ion leakage) sebesar 0,1289. Kebocoran ion disebabkan karena kerusakan membran sel yang terjadi akibat lipid protein sebagai penyusun dinding sel mengalami ketegangan plastis karena pendinginan. Nobel (1991) menyebutkan bahwa ketegangan disebabkan oleh tekanan isi sel pada dinding sel dan bergantung pada kosentrasi zat-zat osmotik aktif dalam vakuola, permeabilitas protoplasma dan elastisitas dinding sel.
Gambar 18, 19, dan 20 menunjukkan kenaikan persentasi ion leakage. Kenaikan ion leakage disebabkan oleh meningkatnya kerusakan membran permeable sehingga pada saat dikeluarkan dari ruang penyimpanan dingin, dinding sel pecah dan cairan sel keluar yang menyebabkan kenaikan ion leakage tinggi.
27 Gambar 18. Perubahan ion leakage pada penyimpanan suhu 5 oC pada hari ke-1
Gambar 19. Perubahan Ion leakage pada penyimpanan suhu 5 oC pada hari ke-6
Gambar 20. Perubahan ion leakage pada penyimpanan suhu 5 oC pada hari ke-12 y = 0,1257x + 8,5591 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
total persentase (%)
Waktu (menit)
y = 0,1289x + 11,057 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
total persentase (%)
Waktu (menit)
y = 0,1323x + 11,184 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
total persentase (%)
Waktu (menit)
28 Slope ion leakage merupakan laju perubahan ion leakage selama penyimpanan.
Semakin tinggi nilai slope ion leakage menandakan bahwa kebocoran membran semakin tinggi yang artinya buah semakin rusak. Dari hasil pengamatan selama penyimpanan, slope ion leakage mengalami penurunan hingga hari kelima dan mengalami peningkatan kembali pada hari ke-6 sebesar 0,1289 yang artinya chilling injury terjadi pada hari tersebut dan kemudian ion leakage buah mengalami perubahan yang fluktuatif (Tabel 4).
Tabel 4. Laju perubahan ion leakage pada suhu penyimpanan 5 oC
Hari Penyimpanan Slope
1 0,1257
2 0,1090
3 0,1140
4 0,0932
5 0,0917
6 0,1289
7 0,1217
Secara visual, gejala chilling injury buah belimbing terlihat pada hari ke-9 penyimpanan. Gejala yang terlihat seperti cekungan di permukaan kulit buah. Purwanto (2005) dalam penelitiannya menyebutkan bahwa gejala chilling injury pada buah mentimun salah satunya adalah timbulnya cekungan pada permukaan kulitnya. Gejala chilling injury lain yang terlihat seperti bintik-bintik coklat semakin banyak terlihat pada permukaan buah belimbing, dan sirip buah belimbing mengalami pencoklatan (Gambar 21).
(a) (b)
Gambar 21. Buah belimbing yang sudah terkena CI pada hari ke-9 penyimpanan
4.3.2. pH
Perubahan pH dapat disebabkan oleh lama penyimpanan dan adanya mikroorganisme.
Kandungan asam dan gula merupakan faktor yang cukup penting dan menentukan kualitas atau mutu buah (Setyati et al. 1985 dalam Budi S 2007). Perubahan pH buah belimbing selama penyimpanan dapat dilihat pada Gambar 22.
29 Perubahan pH menunjukkan berkurang atau meningkatnya konsentrasi H+. Dari hasil pengamatan terlihat bahwa nilai pH mengalami perubahan yang bervariasi. Meskipun begitu, pH selama penyimpanan cenderung mengalami penurunan. Buah belimbing yang disimpan pada suhu 5 oC memiliki nilai pH tertinggi yaitu 3,92 pada hari ke-3 penyimpanan dan pH terendah 3,48 pada hari ke-18 penyimpanan. Naruke et al. (2003) menyatakan bahwa perubahan pH dapat dijadikan petunjuk terjadinya kerusakan dingin. Dengan ini dapat diduga bahwa perubahan pH pada suhu rendah mengindikasikan gejala kerusakan dingin. Hasil penelitian Schirra (1992) dalam Purwanto (2005) menyebutkan bahwa gejala kerusakan dingin pada buah anggur dapat diketahui dari akumulasi etanol yang berkaitan erat salah satunya dengan pH.
Gambar 22. Perubahan pH buah belimbing selama penyimpanan
4.4. Kalibrasi dan Validasi NIR dengan Metode PLS
Kalibrasi dan validasi untuk memprediksi pH buah belimbing dikembangkan berdasarkan korelasi data reflektan NIR dengan data pH hasil pengukuran secara destruktif. Data yang dianalisis adalah data pada suhu 5 oC selama 30 hari penyimpanan. Dari total data yang digunakan, 2/3 bagian untuk kalibrasi dan 1/3 bagian untuk validasi. Karakteristik sampel untuk kalibrasi dan validasi dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Karakteristik sampel untuk kalibrasi dan validasi
Deskripsi statistik
Suhu 5 oC
Kalibrasi Validasi
Jumlah data 126 63
Nilai minimum 3,370 3,480
Nilai maksimum 4,150 4,050
Nilai rata-rata 3,677 3,738
Standar deviasi 0,190 0,189
30 Hasil kalibrasi NIR dengan pH buah belimbing menunjukkan koefisen korelasi (r) sebesar 0,6656 dan R2 sebesar 0,443 artinya sebesar 44,3 % merupakan kontribusi pH hasil pengukuran terhadap variasi pH prediksi NIR (Gambar 23)
Gambar 23. Hasil kalibrasi dan validasi dengan metode PLS pada suhu penyimpanan 5 oC
Hasil kalibrasi dan validasi yang diperoleh dievaluasi berdasarkan nilai r, RMSE, dan CV.
Model kalibrasi yang baik memiliki nilai r yang tinggi, selisih antara RMSEC dengan RMSEP rendah, dan nilai CV yang rendah. RMSE merupakan parameter akurasi model yang menunjukkan perbedaan nilai hasil pendugaan terhadap nilai hasil pengukuran (error). Selisih kedua RMSE yang rendah menunjukkan kestabilan model. Model kalibrasi yang baik memiliki error yang sama atau hampir sama pada kelompok kalibrasi dan validasinya (William & Norris 1990 dalam Novita DD 2011).
Berdasarkan hasil evaluasi diketahui bahwa pada suhu penyimpanan 5 oC, pH memiliki korelasi dengan reflektan NIR dengan nilai r model kalibrasi sebesar 0,6656, selisih nilai RMSE sebesar 0,0297, serta nilai CV<5% yaitu 4,59 % yang artinya akurasi dan kestabilan model cukup baik. Rendahnya nilai r pada model kalibrasi karena rentang data pH yang sangat kecil yaitu 3,37 – 4,15. Model pada kalibrasi yaitu :
( ) ( )
sedangkan untuk model validasi yaitu:
( ) ( )
Tabel 6. Komponen evaluasi hasil kalibrasi dan validasi NIR terhadap pH buah belimbing dengan metode PLS
Suhu Kalibrasi Validasi
r RMSEC RMSEP CV
5 oC 0,6656 0,1420 0,1717 4,59
pH pengukuran
pH Prediksi NIR
31
4.5. Persamaan Regresi pH Terhadap Slope Ion Leakage
Slope ion leakage merupakan laju perubahan ion leakage atau kebocoran ion yang dipengaruhi oleh berbagai faktor sedangkan NIR spectroscopy menghasilkan informasi yang bersifat kualitatif dan kuantitaif yang berasal dari interaksi antara gelombang NIR dengan senyawa kimia organik penyusun komoditas seperti air, protein, lemak, atau asam. Dalam penelitian ini pH dijadikan sebagai parameter perubahan slope ion leakage namun ion leakage tidak dapat diukur langsung dengan menggunakan reflektan atau absorban NIR. Oleh karena itu, hubungan pH dengan slope ion leakage ditentukan dengan analisis regresi berdasarkan data destruktif yaitu data pH rata-rata dan slope ion leakage hasil pengukuran. Hasil analisis regresi menunjukkan bahwa pH berkorelasi dengan slope ion leakage meskipun hubungan tersebut sangat lemah. Hubungan antara pH dengan slope ion lekagae berupa pola liniear dan dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
( )
Nilai y adalah slope ion leakage dan x adalah pH. Hasil dari analisis regresi pH dan slope ion leakage dapat dilihat pada Lampiran 17. Persamaan tersebut digunakan untuk memprediksi slope ion leakage berdasarkan perubahan pH buah belimbing sampel monitoring.
Gambar 24. Hubungan antara pH buah belimbing dengan slope ion leakage
4.6. pH Prediksi Berdasarkan Reflektan NIR
pH buah belimbing sampel monitoring diprediksi secara nondestruktif dengan model kalibrasi PLS yang didapatkan dengan menggunakan program olah data NIRcal 5.2 yang terintegrasi dengan spektrometer NIRFlek N-500. Sampel monitoring yang digunakan berjumlah 5 buah. Hasil prediksi NIR terhadap 5 buah sampel monitoring menunjukkan perubahan pH yang fluktuatif selama penyimpanan dan memiliki pola yang cenderung sama. pH buah belimbing sampel monitoring cenderung mengalami penurunan sesuai dengan hasil pengukuran pH buah belimbing secara destruktif (Lampiran 18) .
y = 0,040557x - 0,037067
0,0400 0,0500 0,0600 0,0700 0,0800 0,0900 0,1000 0,1100 0,1200 0,1300 0,1400
3,40 3,50 3,60 3,70 3,80 3,90 4,00
Slope Ion lekage
pH
32 Gambar 25. pH prediksi rata-rata NIR buah belimbing sampel monitoring
4.7. Prediksi Slope Ion Leakage Berdasarkan Perubahan pH
Data pH buah belimbing hasil prediksi NIR digunakan untuk memprediksi slope ion leakage buah dengan menggunakan persamaan 12. Data yang digunakan adalah nilai rata-rata yang berasal dari 5 buah sampel monitoring. Hasil prediksi menunjukkan perubahan slope ion leakage yang fluktuatif dan hampir sama dengan perubahan slope ion leakage hasil pengukuran secara destruktif. Nilai slope ion leakage prediksi tertinggi terjadi pada hari ke-7 penyimpanan yang artinya kebocoran membran telah mencapai puncaknya dan chilling injury diprediksi telah terjadi pada hari ke-7 penyimpanan (Tabel 7). Sementara pengamatan secara visual gejala bintik- bintik coklat, cekungan di permukaan kulit buah, dan sirip menjadi coklat terlihat pada hari ke-9 penyimpanan.
Tabel 7. Prediksi slope ion leakage buah belimbing berdasarkan pH rata-rata hasil prediksi NIR pada penyimpanan 5 oC
Lama penyimpanan (hari) pH prediksi NIR Prediksi slope IL
1 3,6053 0,1092
2 3,5781 0,1081
3 3,6305 0,1102
4 3,5926 0,1086
5 3,6045 0,1091
6 3,6384 0,1105
7 3,6448 0,1108
8 3,6363 0,1104
3,0000 3,2000 3,4000 3,6000 3,8000 4,0000 4,2000
0 2 4 6 8 10 14 18 22 26 30
pH prediksi NIR
Lama penyimpanan (hari)
