68
MODEL MATEMATIK PERUBAHAN SENYAWA GERANIOL TEH HIJAU SELAMA PENYIMPANAN
Ridwan Lutfiadi Supriyanto
ABSTRACT
Aroma is important factor which determine the quality of in commerce of tea, so that existence of aroma have to be defended good during processing and depository. This research aim to develop, testing and applying model of matematik change of aroma during depository; know influence of rate irrigate to aroma during depository, and apply model in depository strategy. Result of this research show that temperature have an effect on to change of concentration of geraniol, that is depository temperature excelsior, hence change of concentration of geraniol ever greater. Constanta of change of geraniol concentration which in this case represent compound of aroma green tea earn isn't it in processing strategy, packaging and depository.
Keywords: geraniol, temperature, green tea.
PENDAHULUAN Latar Belakang
Aroma merupakan salah satu faktor penting yang menentukan kualitas dalam perdagangan teh. Perubahan aroma merupakan salah satu kerusakan kualitas yang terjadi selama penyimpanan. Perubahan tersebut dipercepat dengan adanya perubahan kadar air, oksigen, dan suhu. Karena perubahan tersebut merupakan proses kimiawi, sehingga laju perubahannya dapat didekati dengan teori kinetika. Senyawa aroma yang mempengaruhi perubahan adalah geraniol karena senyawa aroma yang menjadi karakteristik untuk teh Indonesia.
Perubahan aroma dan kadar air diamati dengan cara menyimpan teh dalam ruangan dengan kondisi kelembaban nisbi dan suhu yang terkontrol. Penentuan aroma dilakukan dengan metode head space volatile, yaitu aroma yang ditangkap dalam bentuk gas diambil dengan cara menyeduh sampel teh di dalam gelas Erlenmeyer yang ditutup rapat dengan penutup karet, kemudian gas yang berada
69
di atas seduhan diambil dan dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatografi (GC). Sedangkan pengukuran kadar air dilakukan dengan metode gravimetri.
Penelitian ini dapat digunakan untuk memprediksi perubahan aroma selama penyimpanan dan mengetahui pengaruh kadar air terhadap perubahan aroma selama penyimpanan. Hasil prediksi tersebut diharapkan dapat digunakan untuk merencanakan perbaikan pengolahan teh terutama dalam mempertahankan aroma dan memperbaiki strategi penyimpanan, sehingga diperoleh teh yang berkualitas tinggi dan mampu bersaing di pasar Internasional.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengembangkan, menguji dan menerapkan model matematik perubahan aroma selama penyimpanan, (2) mengetahui pengaruh kadar air terhadap aroma selama penyimpanan, dan (3) menerapkan model dalam strategi penyimpanan.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk memprediksi perubahan aroma secara kuantitatif selama penyimpanan dan mengetahui pengaruh kadar air terhadap perubahan tersebut, sehingga informasi tersebut dapat digunakan untuk merencanakan perbaikan proses pengolahan dan penyimpanan.
TINJAUAN PUSTAKA Aroma Teh
Kualitas teh ditentukan oleh aroma, rasa dan warna. Aroma meskipun persentase dalam teh kecil berkisar antara 0,01% - 0,02%, tetapi keberadaannya sangat menentukan karakteristik teh. Karakteristik aroma teh sangat ditentukan oleh kondisi iklim dan letak geografis, sehingga aroma teh pada masing-masing negara penghasil teh memiliki ciri yang berlainan.
Deuss (1916) mengadakan penelitian terhadap aroma teh hitam dari Indonesia dan mendapatkan adanya methanol pada daun teh segar. Van Romburgh (1920), Gildmester dan Hoffman (1900) menemukan bahwa minyak
70
essensial mengandung formula C6H12O. Penelitian mengenai terjadinya perubahan aroma selama penyimpanan telah diungkapkan dengan adanya perubahan kimia pada teh hijau sencha nonfermentasi, teh pouching semifermentasi dan teh hitam. Perubahan selama penyimpanan pada senyawa 2,4-heptadienal, asam heksanoik, dan ionon adalah sama untuk semua jenis teh ternyata sama meskipun tren khususnya berbeda (Luo, 1995). Sedangkan, Yamanishi (1986) menyatakan bahwa kerusakan kualitas teh hijau selama penyimpanan antara lain aroma yang berubah yang semula harum dan segar menjadi suram dan berat (heavy). Perubahan aroma tersebut dipengaruhi oleh perubahan kadar air, kandungan oksigen, dan perubahan suhu.
Perubahan aroma secara kuantitatif dapat dianalisis dengan beberapa metode, yaitu dengan mengekstraksi aroma teh dengan menggunakan vacum steam destilasi pada suhu 450C selama 2 jam (Takeo dan Mahanta, 1983) dan ekstraksi dengan pelarut eter bebas peroksida (Kobayashi et al., 1985). Teknik terbaru telah dikembangkan oleh Musalam dan Yamanishi (1985) dengan cara mengekstraksi dan mendestilasi aroma secara serentak dengan suatu pelarut organik.
Kinetika Penyimpanan
Kinetika kimia membahas mengenai laju perubahan reaksi kimia pada kondisi yang bervariasi. Reaksi kimia dalam sistem bahan pangan sangat kompleks, sehingga perlu dilakukan pendekatan secara matematis atau semi empiris yang lebih didasarkan pada hukum kimia daripada pendekatan secara mekanis untuk masing-masing tahap reaksi. Prinsip dasar thermodinamika dan kinetika kimia dapat diterapkan pada proses kerusakan bahan pangan seperti kehilangan nutrisi, perubahan warna dan perubahan flavour (Saguy, 1983). Menurut Labuza dan Riboh (1982), secara umum dalam bahan makanan, penurunan nilai gizi atau kualitas dapat digambarkan sebagai berikut:
71 θ
Co C
dengan Co : kualitas sebelum penyimpanan atau C pada saat C = 0 C : kualitas setelah penyimpanan
θ : waktu (hari)
Sedangkan menurut Labuza (1982), proses kemunduran mutu bahan makanan dapat dinyatakan dengan persamaan umum sebagai berikut :
c kC dt dC …..………...………..………… (2 – 1)
Dengan C: faktor mutu yang diukur, t: waktu, k: tetapan yang tergantung pada suhu dan aktifitas air, n: faktor pangkat atau orde reaksi, dC/dt: kecepatan perubahan dari faktor C per satuan waktu (tanda + menunjukkan perubahan yang nilainya bertambah, sedangkan tanda – menunjukkan perubahan yang nilainya berkurang. Perubahan kuantitas dalam sistem biologis seperti bahan panan atau obat-obatan, pada umumnya menunjukkan order reaksi 0 atau 1, tergantung reaski yang terjadi (Labuza dan Kreisman, 1978; Labuza, 1982a; Pope, 1980).
Reaksi Order Nol
Berdasarkan persamaan (2-1) dinyatakan bahwa jika n = 0, maka reaksi dikatakan mempunyai order nol, sehingga persamaan (2-1) dinyatakan sebagai berikut :
C Co t 0 dt k dC ……..…………...………. (2 – 2) C = Co – k.t ………..…...……….……… (2 – 3) Proses kerusakan kualitas yang mengikuti order reaksi nol antara lain: pencoklatan non-enzimatis (Labuza, Warren, dan Warmbier, 1977; Labuza dan Saltmarch, 1981), inhibbited rancidity (Labuza, Tsuyuki dan Karel, 1969; Labuza, 1971) dan penurunan kualitas bahan pangan yang didinginkan (Van Arsdelo, 1957; Van Arsdel dan Guadagni, 1959).72
Reaksi Order Satu
Meskipun order reaksi n mempunyai kisaran fraksional antara 0 – 2 untuk reaksi yang berbeda, tetapi bahan pangan pada umumnya tidak mengikuti reaksi order nol. Kerusakan bahan pangan lebih cocok mengikuti order satu (n = 1) dimana laju kerusakan tergantung pada jumlah kerusakan. Persamaan laju perubahan untuk reaksi order satu dinyatakan sebagai berikut :
C Co t 0 dt k C dC ………...……….. (2 – 4) t . k e . Co C ………...……...……….. (2 – 5)Apabila data pada order satu diplotkan sebagai jumlah konsentrasi C dan waktu, maka diperoleh garis kurva. Jika diplotkan pada semilog maka akan diperoleh garis lurus, dimana k merupakan slope dengan satuan 1/s.
Pengaruh Suhu
Seperti telah diuraikan di atas bahwa kemunduran kualitas yang dinyatakan ke dalam model kinetika mempunyai asumsi kondisi suhu konstan, sehingga nilai k akan berlainan pada suhu yang berbeda. Kegayutan nilai k dapat dinyatakan dengan persamaan Arrhenius sebagai berikut :
T . R Ea e . A ) T ( k …………...……...………. (2 – 6)
Ea merupakan konstante yang disebut sebagai energi aktifasi. Konstante A merupakan suatu konstante yang menunjukkan jumlah frekwensi tumbukkan antar molekul, terlepas dari apakah molekul tersebut memiliki energi yang cukup untuk suatu reaksi.
73
METODOLOGI PENELITIAN Pendekatan Teori
Perubahan aroma teh terjadi karena adanya kenaikan kadar air teh mencapai 6% ke atas. Kustamiyati (1994) menyatakan bahwa kenaikan kadar air lebih dari 6% dan perubahan tersebut berjalan lebih lanjut maka teh akan disebut sebagai go off. Pada keadaan ini seduhan teh kehilangan sifat briskness dan terasa ampang (flat). Perubahan sifat tersebut menjadi kurang baik yang berarti kualitas teh mengalami kemunduran akibat perubahan komposisi kimia. Dengan demikian, perubahan aroma diasumsikan merupakan proses kinetika kimia yang dapat didekati dengan model kinetika.
Secara umum model kinetika laju perubahan terhadap waktu:
n t kC dt t dC ………...………... (3-1)Menurut Saguy (1983), reaksi kimia dari bahan makanan mengikuti order reaksi satu, sehingga perubahan senyawa geraniol dari aroma teh termasuk order satu (n = 1).
Bahan dan Peralatan Penelitian Bahan
Bahan-bahan penelitian yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: teh hijau kualitas ekspor. Untuk analisis kimia digunakan larutan garam jenuh KCl yang berfungsi sebagai pengatur aw dan standar geraniol.
Peralatan
Alat-alat penelitian yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: inkubator, desikator, venojek 10 ml, syringe dan peralatan untuk analisis GC serta peralatan untuk analisis kadar air dengan cara gravimetrik.
Prosedur Penelitian
Perubahan senyawa geraniol dan kadar air diamati dengan cara menyimpan teh dalam ruangan dengan kondisi kelembaban nisbi dan suhu yang terkontrol.
74
Teh kering dengan kadar air 3% - 5% dimasukkan dalam kemasan plastik polipropilen sebanyak 30 gram, kemudian disimpan dalam desikator yang diatur kelembaban nisbinya 85% dan disimpan dalam inkubator dengan kondisi suhu yang bervariasi yaitu: 100C, 200C, 300C dan 400C. Pengamatan terhadap perubahan senyawa geraniol dilakukan setiap 7 hari selama 2 bulan. Disamping itu juga dilakukan pengukuran kadar air dengan cara gravimetri. Analisis senyawa geraniol teh hijau dilakukan dengan metode head space volatile setiap 7 hari.
Analisis Hasil dan Uji Validitas Model
Berdasarkan hasil penelitian diperoleh data kadar air dan perubahan aroma (geraniol) secara kuantitatif selama pengamatan untuk 4 variasi suhu. Data perubahan senyawa geraniol selama waktu tertentu (t) dimasukkan dalam persamaan kinetika order satu (persamaan 3-3). Dengan regresi linier diperoleh konstanta k, yang merupakan laju perubahan aroma. Karena nilai k gayut dengan suhu, maka berdasarkan persamaan (3-4) akan diperoleh nilai Ea. Dengan memngetahui nilai k, dapat diprediksi C(t) pada berbagai waktu. Selanjutnya dilakukan analisis validitas dengan cara membandingkan C(t) hasil observasi dan prediksi. Uji validitas tersebut dilakukan secara grafik dan statistik.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian
Hasil observasi perubahan aroma teh hitam berupa perubahan senyawa graniol yang dianalisis dengan metode Gas Chromatografi (CG) pada penyimpanan dengan suhu bervariasi (10oC,20oC,30oC dan 40oC) disajikan pada Gambar 1
75 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0 300 600 900 1200
Lama penyimpanan (hari)
K o n s e n tr a s i g e ra n io l (m l/ g ) Suhu 10 C Suhu 20 C Suhu 30 C Suhu 40 C
Gambar 1. Grafik Perubahan Konsentrasi Geraniol Selama Penyimpanan
Sumber: hasil observasi
Berdasarkan Gambar 1 dapat dijelaskan bahwa konsentrasi graniol semakin berkurang selama penyimpanan, dalam hal ini semakin lama disimpan, maka konsentrasi graniolnya semakin menurun. Hal tersebut tejadi karena teh kering mudah menyerap uap air yang berakibat terjadi kenaikan kadar air, sehingga terjadi reaksi kimia antara senyawa geraniol dengan uap air yang menyebabkan berkurangnya kandungan geraniol dalam teh hijau tersebut. Penurunan konsentrasi semakin meningkat pada kondisi suhu penyimpanan yang semakin tinggi. Penyebab fenomena tersebut adalah senyawa geraniol merupakan volatil, sehingga jika dikondisikan pada suhu yang lebih tinggi, volatil tersebut akan lebih mudah menguap, akibatnya kandungan geraniol akan berkurang.
Berdasarkan data observasi yang disajikan pada Gambar 1, dapat diketahui laju perubahan konsentrasi senyawa geraniol dengan pendekatan model kinetis, hasilnya disajikan pada Tabel 1.
76
Tabel 1. Laju Perubahan Senyawa Geraniol (Ml/G/Hari) Selama Penyimpanan pada Berbagai Suhu
Suhu ( oC) Laju perubahan geraniol, k (ml/g/hari) 10 20 30 40 0,0003 0,0005 0,0006 0,0007 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0 300 600 900 1200
Lama penyimpanan (hari)
K o n s e n tr a s i g e ra n io l (m l/g ) Suhu 10 C Suhu 20 C Suhu 30 C Suhu 40 C
Gambar 2. Grafik Perubahan Konsentrasi Geraniol Selama Penyimpanan (Hasil Prediksi)
Dari Tabel 1 tampak bahwa laju perubahan tersebut semakin besar pada suhu yang semakin meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa kemunduran geraniol sangat dipengaruhi oleh suhu penyimpanan. Hasil prediksi yang diperoleh dengan memasukkan nilai k pada berbagai suhu disajikan pada Gambar 2. Gambar 2 menunjukkan bahwa hasil prediksi perubahan konsentrasi geraniol selama penyimpanan akan mengalami penurunan dan penurunan tersebut semakin besar pada kondisi suhu yang semakin tinggi.
Analisis Statistik untuk Keandalan Data
Keandalan hasil observasi dan prediksi terhadap garis X=Y dapat dilakukan dengan menghitung nilai koefisien determinasi (R2). Nilai tersebut berkisar antara 0 sampai dengan 1. Apabila R2 mendekati satu berarti keandalan hasil observasi dan prediksi semakin baik. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh nilai R2 seperti disajikan pada Tabel.2.
77
Tabel 2. Koefisien Determinasi (R2) Perubahan Senyawa Geraniol Antara Hasil Observasi dan Prediksi pada Berbagai Suhu
Suhu ( oC) Nilai R2 10 20 30 40 0,9439 0,8882 0,9300 0,9925
Dari Tabel 2 terlihat bahwa nilai determinasi mendekati 1, sehingga dapat dinyatakan bahwa data yang dihasilkan andal atau model dapat dinyatakan valid.
Pengaruh Suhu terhadap Perubahan Konsentrasi Geraniol
Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi geraniol, yaitu semakin tinggi suhu penyimpanan, maka perubahan konsentrasi geraniol semakin besar. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan persamaan Arrhenius, sehingga dihasilkan konstanta laju perubahan yang merupakan fungsi suhu. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai k pada berbagai suhu, sehingga untuk menentukan nilai k pada suhu yang lain harus ditentukan nilai Ea, dalam penelitian ini didapatkan nilai Ea sebesar -2430,7 kal/g mol, sedangkan factor frekwensi sebesar 0,5695/hari.
Energi aktivasi sebesar -2430,7 kal/g mol menunjukkan bahwa energi yang dibutuhkan pada proses penurunan konsentrasi geraniol dalam teh hijau adalah -2430,7 kal/g mol. Reaksi akan terjadi apabila jumlah energinya sudah memenuhi nilai tersebut, sehingga menimbulkan suatu tumbukan molekul.
Aplikasi dalam Industri
Konstanta laju perubahan konsentrasi geraniol yang dalam hal ini mewakili senyawa aroma teh hijau dapat diaplikasikan dalam strategi pengolahan, pengemasan dan penyimpanan teh hijau. Apabila diinginkan penyimpanan teh pada suhu dan waktu tertentu, maka dengan model kinetis seperti disajikan pada Tabel 3, dapat diprediksi konsentrasi geraniol setelah penyimpanan. Hal ini akan
78
lebih baik jika dilakukan uji organoleptik sehingga dapat diperkirakan jangka waktu penyimpanan teh hijau supaya masih dapat diterima konsumen.
Tabel 3. Model Kinetis Perubahan Aroma pada Teh Hijau (Senyawa Geraniol)
Suhu ( oC) Model matematik 10 20 30 40 C(t) = Co.e-0,0003t C(t) = Co.e-0,0005t C(t) = Co.e-0,0006t C(t) = Co.e-0,0007t SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan analisa dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Aroma teh hijau (senyawa geraniol) selama penyimpanan akan berkurang konsentrasinya akibat kenaikan kadar air
2. Suhu berpengaruh terhadap penurunan konsentrasi senyawa geraniol, dimana semakin tinggi suhu penyimpanan, maka penurunan konsentrasi senyawa geraniol semakin besar.
3. Model kinetika dapat digunakan untuk prediksi laju perubahan konsentrasi geraniol.
4. Model matematis perubahan aroma (senyawa geraniol) dapat digunakan dalam aplikasi industri teh.
DAFTAR PUSTAKA
Arifin, S., dkk. 1994. Petunjuk Teknis Pengolahan Teh. Pusat Penelitian The dan Kina. Gambung. Bandung
Kustamiyati. 1977. Uji Cita Rasa The dalam Proseding Temu Karya ke II Industri The Indonesia, 13 – 15 November 1997. Asosiasi Teh Indonesia (ATI), Lawang, Jawa Timur.
79
Musalam, Y. dan Yamanishi, T. 1985. Analisa Aroma Teh Hitam dengan Metode SDE dan GLC-GCMS. Pusat The dan Kina Gambung, Bandung
Saguy, I. 1983. Computer Aided Techniques in Food Technology. Marcel Dekker, Inc., New York dan Basel
Sosrodjojo, S. 1997. Pengalaman PT. Sinar Sosro Mendapatkan sertifikasi ISO 902, dalam Proseding Temu Karya ke II Industri Teh Indonesia, 13 – 15 November 1997. Asosiasi The Indonesia (ATI), Lawang, Jawa Timur. Takeo, T. 1983. Agric. Biol. Chem., 47, 1377
