ii
Sanksi Pelanggaran Pasal 113
Undang-Undang No. 28 Tahun 2014 Tentang Hak Cipta
1. Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah). 2. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin
Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).
3. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah).
4. Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).
iii
RANCANGAN PERCOBAAN
UNTUK TEKNOLOGI
PANGAN
Oleh:
Prof.Ir. Simon Bambang Widjanarko, MAppSc, PhD
Dr.Ir. Sudarminto Setyo Yuwono, MAppSc
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
iv
RANCANGAN PERCOBAAN UNTUK TEKNOLOGI PANGAN
Penulis:
Prof. Ir. Simon Bambang Widjanarko, M. App. Sc., Ph.D Dr. Ir. Sudarminto Setyo Yuwono, M. App. Sc.
ISBN: 978-623-93942-1-9
Perancang Sampul: Destiana Adinda Putri
Penerbit: FTP UB
Dilarang keras memfotokopi atau memperbanyak sebagian atauseluruh buku ini tanpa seijin tertulis dari
v
PENGANTAR PENULIS
ِِمْسِب ِِّللَا ِِنَمْح ّرلا مي ِح ّرلا
Segala puji bagi Allah SWT Dzat yang menguasai alam dan segala isinya. Buku ini bisa disusun berkat Rahmat dan Taufik dari Allah SWT. Solawat dan salam semoga selalu tercurah pada Nabi akhir jaman Nabi Muhammad SAW. Buku ajar berjudul: RANCANGAN PERCOBAAN UNTUK TEKNOLOGI PANGAN ditulis sebagai amal penulis berdua, agar bisa bermanfaat terutama bagi mahasiswa baik S1 yang akan merancang eksperiment, menghitung data hasil eksperiment. Masyarakat umum juga dapat memanfaatkan buku ini apabila berkaitan dengan optimasi proses optimasi, verifikasi dan membandingkan hasil eksperiment dengan produk komersial di bidang ilmu dan teknologi pangan atau bidang lainnya yang terkait dengan ilmu biologi, kimia, kedokteran, farmasi, perikanan, peternakan dan bidang ilmu terkait lainnya.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dekan Fakultas Teknologi Pertanian dan jajarannya yang membantu terbitnya buku ajar. Ucapan terima kasih juga disampaikan pada sdr. Putri Satika Dewi, mahasiswa magister Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, yang membantu pengetikan buku ajar ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang membantu buku ajar ini dapat diselesaikan dengan baik.
Buku ajar ini tentu masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharapkan kritik dari pembaca, agar buku ini jauh dari kesalahan yang fatal.
Malang 24 Oktober 2019
vi DAFTAR ISI
Cover ... i
Pengantar Penulis ... iii
Daftar Isi ... iv
Daftar Gambar ... v
Daftar Tabel ... vi
Tinjauan Mata Kuliah ... vii
Modul 1 Pendahuluan ... 1
Modul 2 RAL, RAK (Minitab) ... 4
Modul 3 RAK Faktorial, Nested (Minitab) ... 27
Modul 4 CCD, Verifikasi (Design Expert), dan T-Test... 53
Modul 5 BBD, Verifikasi (Design Expert), dan T-Test ... 79
Modul 6 RAL (Excel)... 103
Modul 7 RAK (Excel) ... 112
Modul 8 RAK Faktorial (Excel) ... 120
Modul 9 Nested Design (Excel) ... 127
Modul 10 Uji Lanjut ... 132
Daftar Pustaka ... 141
Glosarium ... 142
Biografi Penulis ... 143
Cek Plagiasi ... 167
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Interaksi dalam RAK Faktorial ... 120
Gambar 2 F-tabel ... 120
Gambar 3 Rancangan Tersarang... 127
Gambar 4 t- Tabel ... 133
Gambar 5 Tukey Tabel ... 120
Gambar 6 q-Tabel ... 138
Gambar 7 Rendemen vs Total Padatan ... 139
Gambar 8 Rendemen vs Protein ... 140
viii DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data Hasil Analisa Sianida ... 4
Tabel 2 Data Hasil Analisa Rendemen ... 18
Tabel 3 Data Hasil Analisa Aktivitas Air ... 28
Tabel 4 Data Hasil Analisa Total Klorofil ... 40
Tabel 5 Cara Menentukan Batas Atas dan Bawah ... 55
Tabel 6 Data Respon Kadar Etanol dan Rendemen CCD ... 59
Tabel 7 Data Hasil Verifikasi CCD ... 74
Tabel 8 Cara Menentukan Batas Atas dan Bawah ... 81
Tabel 9 Data Respon Rendemen dan Kekuatan Gel BBD ... 28
Tabel 10 Data Hasil Verifikasi BBD ... 40
ix
TINJAUAN MATA KULIAH
Buku ajar dengan judul: RANCANGAN PERCOBAAN ini disusun berisi 2 teori metode rancangan percobaan yakni: metode konvensional dan metode canggih sesuai dengan perkembangan ilmu pada jaman digital sekarang ini. Rancangan percobaan dengan metode konvensional yang dimaksud adalah: metode rancangan percobaan membandingkan antar perlakuan percobaan seperti: rancangan acak lengkap (RAL) dan rancangan acak kelompok (RAK) dll yang menggunakan prinsip acak dan ulangan dalam rancangan percobaan yang digunakan. Metode konvensional rancangan percobaan ini ditargetkan untuk mahasiswa yang menghitung data mentah tanpa menggunakan software. Sedangkan rancangan percobaan metode canggih adalah: mahasiswa merancang percobaan dengan memakai software dan menghitung data mentah dengan software. Menghitung data mentah hasil percobaan memakai Software MINITAB untuk rancangan percobaan konvensional dan untuk percobaan optimasi mahasiswa menghitung memakai software Design Expert (State-Ease Inc. USA).
Deskripsi singkat mata kuliah, Capaian Pembelajaran Lulusan (CPL) dan Capaian Pembelajaran Mata Kuliah (CPMK) adalah sebagai berikut:
x
Hubungan antar materi kuliah dapat dilihat pada diagram berikut:
Capaian Pembelajaran Umum
1. Mampu menggunakan computer untuk memecahkan
permasalahan bidang ilmu pangan dan mampu menerapkan prinsip-prinsip statistic dalam aplikasi ilmu pangan.
2. Mampu menentukan variable bebas dan variable tergantung dalam suatu kegiatan penelitian dalam ilmu pangan.
3. Mampu melakukan perhitungan secara manual dalam beberapa macam jenis rancangan percobaan
4. Mampu melakukan perhitungan data dengan memakai software
Modul 1: Pendahuluan Capaian Pembelajaran: menjelaskan ruang lingkup mata kuliah, sumber bacaan,
e-learning bahan kuliah,
kontrak kuliah, proporsi kuis, latihan tugas mata kuliah, proporsi nilai UTS dan UAS
Modul 6: RAL (Excel) Capaian Pembelajaran:
Menjelaskan cara
perhitungan data untuk RAL
Modul 2: RAL, RAK (Minitab) Capaian Pembelajaran: menjelaskan minitab untuk menganalisis data RAL dan RAK
Modul 7: RAK (Excel) Capaian Pembelajaran:
Menjelaskan cara
perhitungan data untuk RAK
Modul 3: RAK Faktorial, Nested (Minitab)
Capaian Pembelajaran: Menjelaskan minitab dalam factorial, menjelaskan--
Modul 8: RAK Faktorial (Excel)
Capaian Pembelajaran:
Menjelaskan cara
xi
(lanj.) minitab dalam nested
design (lanj.) RAK Faktorial
Modul 4: CCD, Verifikasi
(Design Expert), T-Test
(Minitab)
Capaian Pembelajaran:
menjelaskan pemakaian
software Design Expert (DE)
dalam analisa Central
Composite Design (CCD)
Modul 9: Nested Design (Excel)
Capaian Pembelajaran:
Menjelaskan cara
perhitungan data dengan Nested Design
Modul 5: BBD, Verifikasi
(Design Expert), T-Test
(Minitab)
Capaian Pembelajaran:
menjelaskan pemakaian
software Design Expert (DE) dalam analisa Box Behnken Design (CCD)
Modul 10: Uji Lanjut Capaian Pembelajaran: Menjelaskan uji lanjut BNT, menjelaskan uji lanjut DMRT, dan menjelaskan uji lanjut kualitatif
2
MODUL 1: PENDAHULUAN MINGGU KE -1: PENDAHULUAN
Mata kuliah Rancangan percobaan mengupas tentang metode rancangan percobaan yang digunakan dalam suatu penelitian. Rancangan percobaan yang akan diajarkan meliputi: rancangan acak lengkap (RAL), rancangan acak kelompok (RAK), RAL/RAK FAKTORIAL dan rancangan tersarang (nested design). Cara merancang eksperiment untuk RAL/RAK, RAL/RAK Faktorial maupun nested dengan contoh-contoh sesuai dengan ilmu pangan dan teknologi/bioteknologi. Cara menghitung rancangan percobaan menggunakan perangkat lunak MINITAB dan menggunakan excel. Disamping itu juga diajarkan optimasi prosesing pengolahan pangan atau formulasi produk pangan dengan menggunakan rancangan percobaan kurva respon permukaan. Rancangan kurva respon permukaan ini menggunakan perangkat lunak Design Expert (DX) versi \Trial (Stat-Ease Inc. USA). Ada 2 jenis rancangan percobaan yang diajarkan antara lain: metode Central Composite Design (CCD) dan Box Behnken-Design (BBD) (Leiviskä, 2013). Ada 2 dan 3 faktor variabel bebas untuk CCD dan 3 variable bebas untuk metode BBD.
Materi kuliah dan praktek pemakaian minitab untuk pemecahan soal-soal rancangan percobaan untuk metode RAL/RAK, RAL/RAK FAKTORIAL dan Nested menyangkut perhitungan analysis of varians atau ANOVA dan dilanjutkan dengan uji beda untuk variabel bebas yang berbeda nyata efeknya terhadap respon. Sedangkan untuk optimasi proses dan formula dilakukan tahapan analysis data dan optimasi data. Dilanjutkan dengan tahapan verifikasi data hasil prediksi optimasi software DX. Kemudian dilanjutkan dengan uji beda dengan Ttes berpasangan pada nilai p=0,05.
Kontrak kuliah: Kuliah dimulai tepat waktu dan diakhiri tepat waktu sesuai dengan jumlah sks mata kuliah. Pertemuan ke 1 batas
3
toleransi 10 menit, kuliah kuliah berikutnya batas toleransi terlambat 5 menit. Apabila mahasiswa terlambat, tidak diperkenankan ikut kuliah. Demikian pula dosen apabila terlambat datang tanpa memberitahu kelas, mahasiswa dapat meninggalkan jam kuliah.
Nilai mata kuliah terdiri dari: kuis 15%, tugas terstruktur 15% dan nilai UTS 70%.
RAL banyak digunakan dalam penelitian yang dilakukan di laboratorium, dimana faktor lingkungan penelitian lebih terkontrol dibandingkan dengan penelitian di lapang. Dimana bahan penelitian syaratnya homogen, sedangkan yang berbeda hanya perlakuan variabel bebas. Variabel bebas adalah: faktor penelitian yang bebas dan dikontrol oleh peneliti. Contoh variabel bebas: suhu, tekanan, konsentrasi bahan, lama waktu, pH dan lain lain. Disamping itu ada variabel tergantung atau biasa disebut parameter atau respon penelitian. Jenis variabel tergantung atau respon seperti: kadar air, kadar protein, kadar glukosa, jumlah mikroba, aktivitas antioksidan dan lain lain. Disamping itu dikenal dalam penelitian adanya obyek atau sampel penelitian.
RAK dipilih sebagai metode rancangan percobaan apabila bahan atau sampel penelitian tidak homogen. Metode RAL/RAK Faktorial digunakan apabila ada 2 atau lebih jumlah variabel bebas dan diperkirakan ada korelasi antar faktor perlakuan penelitian seperti: antara suhu dan lama pengeringan, pH dan lama fermentasi, ratio bahan dan lama ekstraksi bahan dan lain lain. Metode Nested dipilih apabila ada 2 faktor variabel bebas dan ada faktor mayor dan minor dalam perlakuan yang dipilih atau yang akan diteliti. Dimana faktor perlakuan minor akan bersarang pada faktor perlakuan mayor. Metode ini dipilih karena peneliti ingin mengetahui faktor perlakuan minor dalam mayor mana yang terbaik. Metode ini tidak mencari atau membandingkan faktor perlakuan mayor mana yang terbaik. Hal ini harus menjadi FOKUS atau perhatian mahasiswa dalam memilih metode rancangan
4
percobaan yang ada. Oleh karena salah memilih metode akan salah kesimpulan penelitian yang akan dilakukan. Metode rancangan percobaan dipilih untuk memecahkan permasalah penelitian dalam rangka menjawab tujuan penelitian.
Pada pertemuan berikutnya akan dibahas detail ciri-ciri khas dari tiap jenis rancangan percobaan yang akan diajarkan. Kompetensi mahasiswa yang diharakan oleh dosen antara lain: kemampuan mahasiswa untuk melakukan perhitungan data mentah baik secara manual menggunakan rumus rumus excel atau kemampuan mahasiswa untuk mengoperasikan perangkat lunak dalam rancangan percobaan untuk mengetahui efek variabel bebas terhadap respon, mencari perlakuan terbaik dari penelitian yang dilakukan atau mencari optimasi proses pengolahan pangan atau optimasi formula dari suatu produk pangan atau optimasi substrat dalam menumbuhkan mikroba untuk menghasilkan produk hasil fermentasi dari mikroba dalam substrat.
