Penentuan Tingkat Kematangan Buah Nanas Segar Secara Non-Destruktif Dengan Metode Ultrasonik
PENENTUAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH NANAS
SEGAR SECARA NON-DESTRUKTIF DENGAN
METODE ULTRASONIK
WENDIANING PUTRI LUKETSI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Penentuan Tingkat
Kematangan Buah Nanas Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2016
Wendianing Putri Luketsi
F152130111
RINGKASAN
WENDIANING PUTRI LUKETSI. Penentuan Tingkat Kematangan Buah Nanas
Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik. Dibimbing oleh I
WAYAN BUDIASTRA dan USMAN AHMAD.
Mutu buah nanas segar yang sesuai dengan harapan pasar atau konsumen
telah diatur dalam standar nasional buah nanas pada SNI 3166: 2009. Kematangan
sebagai salah satu parameter mutu buah nanas masih dievaluasi secara visual,
sehingga hasilnya sangat beragam. Evaluasi kematangan nanas yang lebih akurat
dan seragam diperoleh dengan bantuan instrumen pengukur mutu, namun pada
umumnya bersifat destruktif atau merusak nanas. Oleh karena itu, perlu
dikembangkan metoda evaluasi tingkat kematangan secara nondestruktif dan lebih
akurat untuk nanas segar. Metode ultrasonik banyak digunakan untuk menentukan
kualitas bahan pertanian, namun belum ada yang diaplikasikan pada buah nanas
varietas Cayyene.
Secara umum, penelitian ini bertujuan mengkaji metoda ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan dan mutu internal nanas. Lebih khusus,
bertujuan: (1) menentukan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik
(kecepatan, koefisien atenuasi) dan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat
kematangan, (2) mengkaji hubungan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik
dengan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat kematangan, dan (3)
mengelompokkan nanas berdasarkan tingkat kematangan menggunakan fungsi
diskriminan dari karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
Buah nanas varietas Cayyene yang digunakan diperoleh dari daerah Subang,
Jawa Barat dengan tiga tingkat kematangan, masing-masing sebanyak 35 buah.
Tingkat kematangan yang pertama mempunyai kulit buah berwarna hijau merata,
tingkat kematangan kedua mempunyai kulit 50% kuning dan 50% hijau,
sedangkan tingkat kematangan ketiga kuning merata. Nanas yang baru dipanen
diuji menggunakan sistem pengukuran gelombang ultrasonik dengan frekuensi 50
KHz untuk mengetahui kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi. Kemudian
dilakukan uji fisikokimia untuk mengetahui kekerasan, densitas, total padatan
terlarut dan total asam pada buah.
Hasil penelitian menunjukkan kecepatan gelombang ultrasonik buah nanas
pada tiga tingkat kematangan berbeda nyata, berkisar antara 173– 210 m/s.
Sedangkan koefisien atenuasi berkisar antara 4.1 – 5.1 dB/m. Pada sifat
fisikokimia, kekerasan semakin menurun seiring tingkat kematangannya, dari
50.04 N menjadi 34.01 N. Total padatan terlarut mengalami peningkatan, tingkat
kematangan kedua sebesar 14.99 0Brix menjadi 16.94 0Brix, namun tingkat
kematangan keempat mengalami penurunan menjadi 13.99 0Brix. Total asam
mengalami penurunan pada tingkat kematangan kedua dari 0.62% menjadi 0.57%,
mengalami peningkatan lagi sebesar 0.84%. Densitas buah meningkat seiring
tingkat kematangan walapun perubahannya tidak signifikan.
Berdasarkan hasil analisis diskriminan dari parameter kecepatan gelombang
dan koefisien atenuasi dihasilkan tiga fungsi diskriminan untuk mengelompokan
nanas berdasarkan tiga tingkat kematangan. Ketepatan pengelompokkan nanas
dalam ketiga tingkat kematangannya cukup tinggi sebesar 90.48%. Jadi fungsi
diskriminan yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengelompokkan nanas
berdasarkan tingkat kematangannya.
Kata kunci: analisis diskriminan kecepatan, koefisien atenuasi, nanas, ultrasonik
SUMMARY
WENDIANING PUTRI LUKETSI. Non-destructive Determination of Ripeness
Level for Fresh Pineapple Using Ultrasonic Method. Supervised by I WAYAN
BUDIASTRA and USMAN AHMAD.
Quality of fresh pineapple with suitable to market or consumers expectation
had been set in pineapple national standard on SNI 3166: 2009. Ripeness as one
of quality parameters is still evaluated visually, so that the result is very diverse.
More reliable result is obtained by the objective method using some instruments,
but most of them belong to destructive method. Therefore, a nondestructive
method for determination of ripeness level for fresh pineapple must be developed.
Ultrasonic method had been widely used to determine the quality of agricultural
materials, yet no one had tried to Cayyene pineapple varieties.
In general, the objective of this study was to examine the ultrasonic method
for determining the level of pineapple ripeness and its internal quality. More
specificaly, it aims to (1) determine the transmission characteristic of ultrasonic
waves (velocity, attenuation coefficient) and physicochemical properties of
pineapple at three levels of ripeness, (2) examine the relationship between
characteristics of ultrasonic wave transmission with physicochemical properties at
three levels of ripeness and, (3) classify pineapple based on its ripeness level
using discriminant function of ultrasonic wave transmission characteristics.
Cayyene pineapple varieties were harvested from Subang regency, West
Java province, at three levels of ripeness, 35 sample each. The first level ripeness
had totally green skin, the second level ripeness had 50% of yellow skin and 50%
of green skin, while the third level ripeness had totally yellow skin. Freshly
harvested pineapple were tested using ultrasonic wave transmission on frequency
of 50 Khz to determine the wave velocity and attenuation coeficient. Then
physicochemicals test were done to determine firmness, density, total soluble
solids and total acid in the fruit.
The results showed that the velocity of ultrasonic waves in pineapple at
three levels of ripeness were significantly different, ranging between 173 m/s to
210 m/s. While the attenuation coefficient ranged from 4.1 dB/m to 5.1 dB/m. The
physicochemical properties, firmness level decreased as the level of ripeness
changes, from 50.04 N to 34.01 N. Total soluble solids increased, the second
levels of ripeness was 14.99 0Brix becoming 16.94 0Brix, yet the fourth levels of
ripeness decreased to 13.99 0Brix. Total acid decreased in the second levels of
ripeness from 0.62% to 0.57% increased again by 0.84%. Fruit density increased
as the levels of ripeness, eventhough the change was not significant.
Based on the discriminant analysis of velocity and attenuation coefficient, it
is produced three discriminant functions to classify three level ripeness of
pineapples. The average accuracy of pineapple classification on three levels of
ripeness were quite high (90.48%). So, these three functions obtained could be
used in pineapple classification based on its ripeness levels.
Keywords: attenuation coefficient, discriminant analysis,
ultrasonic, velocity
pineapple,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PENENTUAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH NANAS
SEGAR SECARA NON-DESTRUKTIF DENGAN METODE
ULTRASONIK
WENDIANING PUTRI LUKETSI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Pascapanen
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2014 ini ialah
aplikasi gelombang ultrasonik pada buah, dengan judul Penentuan Tingkat
Kematangan Buah Nanas Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir I Wayan Budiastra,
MAgr dan Bapak Dr Ir Usman Ahmad, MAgr selaku pembimbing yang telah
memberi saran dan meluangkan waktunya untuk penulis, serta Bapak Dr Ir Y Aris
Purwanto, MSc selaku penguji dalam ujian tesis dan Bapak Prof Dr Ir
Sutrisno,MAgr dan Bapak Dr Ir Lilik Pujantoro E.N, MAgr yang telah banyak
memberi masukan terhadap karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Ketua PS dan seluruh Dosen Teknologi Pascapanen, Ibu Rusmawati,
Bapak Ahmad Mulyatullah, Bapak Sulyaden, dan Baskara dari Lab. TPPHP atas
segala dukungan, layanan, dan bantuannya selama pelaksanaan kuliah dan
penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada suami tercinta mas
Yogyantoro, kedua orang tua yang saya banggakan Bapak Ismadi dan ibu Anik
Sumaryati, adik Cinca dan seluruh keluarga atas dukungan, semangat, kasih
sayang, nasehat dan doa yang terus diberikan. Terima kasih kepada seluruh
saudara-saudaraku TPP 2013 dan TMP 2013 atas segala doa, semangat, sharing
ilmunya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2016
Wendianing Putri Luketsi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
1
1
1
2
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi dan Morfologi Nanas
Fisiologi Pascapanen Nanas
Kriteria Panen Terkait dengan Karakter Fisiko-Kimia Buah Nanas
Kualitas Buah Nanas
Gelombang Ultrasonik
Transduser Ultrasonik
Penelitian Ultrasonik pada Komoditas Pertanian
Analisis Diskriminan
2
2
2
3
5
5
8
9
11
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan
Alat
Prosedur Penelitian
Prosedur Analisis Data
11
11
11
12
12
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisikokimia Buah Nanas Varietas Cayyene pada Tiga Tingkat
Kematangan
Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik Buah Nanas Varietas
Cayyene pada Tiga Tingkat Kematangan
Hubungan Karakterisik Transmisi Gelombang Ultrasonik dengan Sifat
Fisikokimia Buah Nanas Varietas Cayyene
Pengelompokan Tingkat Kematangan Buah Nanas Varietas Cayyene
berdasarkan Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik
16
20
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
32
32
32
DAFTAR PUSTAKA
33
16
23
29
DAFTAR TABEL
1 Kriteria tingkat kematangan buah nanas (Pantastico et al. 1973)
2 Rata-rata nilai sifat fisikokimia buah nanas varietas Cayyene pada tiga
tingkat kematangan
3 Rata-rata nilai karakteristik transmisi gelombang ultrasonik buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
4 Hasil uji kesamaan matriks kovarian
5 Hasil uji kesamaan vektor rataan
6 Faktor dominan yang membuat pembeda
7 Hasil pengelompokan sampel buah nanas pada tiga tingkat kematangan
berbeda menggunakan fungsi diskriminan
4
17
21
30
30
30
32
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Diagram alir proses penelitian
Blok diagram alat pengukuran gelombang ultrasonik
Grafik perubahan kekerasan buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Grafik perubahan densitas buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Grafik perubahan total padatan terlarut buah nanas pada tiga tingkat
kematangan
Grafik perubahan total asam buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan kekerasan buah
nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan densitas buah nanas
pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan total padatan terlarut
buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan total asam buah
nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan kekerasan buah nanas pada tiga
tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan densitas nanas pada tiga tingkat
kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan total padatan terlarut nanas pada
tiga tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan total asam buah nanas pada tiga
tingkat kematangan
Grafik perubahan kekerasan berdasarkan kecepatan gelombang
ultrasonik pada tiga tingkat kematangan buah nanas
Grafik perubahan kekerasan berdasarkan koefisien atenuasi pada tiga
tingkat kematangan buah nanas
Plot kuantil khi-kuadrat
Plot pengelompokan buah nanas varietas Cayyene pada tiga tingkat
kematangan (o kematangan 0, Δ kematangan 2, +kematangan 4)
14
14
18
18
19
20
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
29
31
DAFTAR LAMPIRAN
1
Data hasil pengukuran sifat akustik gelombang ultrasonik buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
2 Data hasil pengukuran dan perhitungan sifat fisikokimia buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
3 Karakteristik varietas nanas (Nakasone dan Paull, 1999)
4 Analisis diskriminan
37
39
42
43
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Nanas (Ananas comosus L. Merr) merupakan salah satu buah tropis
unggulan Indonesia yang diperdagangkan di pasar domestik maupun
internasional. Varietas yang banyak dibudidayakan adalah Cayenne dan Queen.
Standar nanas segar yang dibutuhkan oleh konsumen untuk dikonsumsi langsung,
cenderung mengutamakan kualitasnya. Sedangkan untuk perusahaan pengolahan
nanas, selain dari segi kualitas juga kuantitasnya. Kriteria umum dalam penilaian
mutu (kualitas) nanas adalah berdasarkan tingkat kematangan buah saat dipanen,
karena mutu buah sangat dipengaruhi oleh tingkat kematangan saat panen, selain
itu juga daya simpan dan kandungan kimia atau zat gizi ikut berpengaruh. Mutu
nanas yang dikehendaki berkaitan dengan ukuran atau dimensi buah, rasa daging
buah manis dengan rasa asam yang sedikit, kandungan air banyak sehingga nanas
akan lebih segar dan aroma khas nanas keluar yang menandakan kematangan.
Untuk menjaga kepuasan konsumen dan standar kualitas nanas segar yang
sesuai dengan kualifikasi yang telah ditetapkan, BSN (2009) telah menyusun
standar nasional (SNI 3166: 2009). Meskipun telah ada standar kualitas namun
para pelaku usaha tidak melaksanakannya secara baik dan konsisten. Evaluasi
mutu masih dilakukan secara subyektif berdasarkan warna, sehingga hasilnya
sangat beragam.
Oleh karena itu, perlu dikembangkan suatu sistem evaluasi mutu secara
nondestruktif nanas segar yang mampu melakukan pemeriksaan mutu bagian
dalam buah, salah satunya dengan metode ultrasonik. Metode ultrasonik menjadi
alternatif pilihan untuk menentukan mutu buah, karena mempunyai daya tembus
melebihi metode NIR (Near Infra Red) yang hanya mampu menembus kedalaman
5 mm dari permukaan buah, biaya investasi lebih murah, dan buah yang diperiksa
tidak berefek bagi kesehatan jika dikonsumsi dibanding teknik sinar X (Nasution
2006).
Penelitian ultrasonik untuk evaluasi mutu buah telah banyak dilakukan dan
telah berhasil diuji coba beberapa peneliti. Namun penelitian ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan buah nanas belum pernah dilakukan.
Perumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini, yaitu: (1) pemeriksaan mutu buah
nanas pada umumnya dilakukan secara visual dan manual, menghasilkan sortasi
yang tidak seragam dan tidak sesuai dengan mutu internal, (2) perubahan mutu
atau tingkat kematangan (kekerasan) diikuti dengan perubahan sifat fisikokimia
yang dapat dideteksi dengan ultrasonik.
2
Tujuan Penelitian
Oleh karena itu, penelitian ini untuk mengkaji metoda ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan dan mutu internal nanas. Secara khusus
penelitian ini bertujuan (1) menentukan karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik (kecepatan, koefisien atenuasi) dan sifat fisikokimia nanas pada tiga
tingkat kematangan, (2) mengkaji hubungan karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik dengan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat kematangan, dan (3)
mengelompokkan nenas berdasarkan tingkat kematangan menggunakan fungsi
diskriminan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi dan Morfologi Nanas
Nanas merupakan tanaman buah berupa semak yang memiliki nama ilmiah
Ananas comosus L. Merr) yang seringkali disebut sebagai raja dari segala buah
(The King of the Fruits), karena memiliki mahkota daun seperti mahkota raja.
Tanaman ini berasal dari Brazil dan Paraguay. Untuk Indonesia, pertama kali
ditemukan di Pulau Jawa tahun 1599. Nanas termasuk dalam divisio
spermatophyta, sub-divisio angiospermae, kelas monokotiledoneae, ordo farinosae,
dan termasuk dalam familia bromiliaceae.
Tanaman nanas termasuk famili Bromiliaceae, merupakan tanaman
monokotil yang bersifat merumpun (bertunas anakan), dengan panjang batang
yaitu 20-30 cm. Sedangkan tanaman nanas yang sudah dewasa memiliki panjang
batang 30-35 cm, dengan diameter batang 6.7-7.5 cm (Nakasone dan Paul, 1998).
Ditinjau dari segi morfologi, buah nanas merupakan kumpulan bakal buah yang
masing-masing menempel pada batang (Soedibyo, 1992). Buah yang tampak
merupakan gabungan dari buah-buah kecil yang berjumlah 100-200 buah yang
ditutupi daun-daun kecil (leafy bract), yang dihubungkan dengan hati buah yaitu
kelanjutan dari tangkai buah yang berserat. Buah umumnya mempunyai daging
yang tebal, tidak berbiji dan penuh kelopak yang berdaging. Bagian buah yang
dapat dimakan disebut rachis, yang menjadi besar dan tumbuh menjadi satu
dengan sel telur dari bunga (Rahmadianto 2001).
Berdasarkan habitus tanaman, terutama bentuk daun dan buah dikenal 4
jenis varietas/ golongan nanas, yaitu Cayenne, Queen, Spanyol/Spanish, dan
Abacaxi. Karakteristik dari masing varietas terdapat pada Lampiran 3.
Fisiologi Pascapanen Nanas
Winarno (2002) menjelaskan bahwa tahap-tahap fisiologis dari proses
pertumbuhan dan perkembangan buah dan sayur yaitu pembelahan sel,
pembesaran sel (pre-mature), pendewasaan sel (maturation), pematangan
(ripening), sanescene dan pembusukan (deterioration). Untuk nanas tahapan
tersebut dapat ditempuh dalam waktu 120 hari setelah pembungaan. Singleton dan
Gortner (1967) menambahkan, bahwa pembentukan buah pada nanas dapat
3
diartikan sebagai seluruh waktu yang diperlukan mulai dari pembentukan sel
jaringan pada bakal buah, perkembangan sel sampai terjadinya perubahan kimia
pada saat penyempurnaan bentuk morfologi buah. Pematangan dapat terjadi saat
terjadi proses pembesaran buah yang umumnya terjadi pada saat buah masih
menempel pada tanaman. Pemasakan umumnya terjadi saat pematangan terhenti
dimana buah telah mencapai pertumbuhan dan mutu maksimum, perubahan yang
terjadi pada tahap ini umumnya adalah perubahan kimia. Tahap selanjutnya
adalah perubahan kimia dari pemasakan yang mengakibatkan buah layu sehingga
disebut tahap pelayuan.
Ditinjau dari sifat fisiologisnya, buah nanas selepas panen masih melakukan
aktivitas metabolisme utamanya yaitu respirasi dan transpirasi yang dapat
menimbulkan perubahan-perubahan yang bersifat merugikan. Lebih lanjut
Winarno (2002) menjelaskan bahwa respirasi merupakan proses metabolisme
dengan cara menggunakan oksigen dalam pembakaran senyawa yang lebih
kompleks, seperti pati, gula, protein, lemak dan asam organik sehingga
menghasilkan molekul yang lebih sederhana yakni karbondioksida dan air serta
energi dan molekul lain yang dapat digunakan oleh sel untuk reaksi sintesa.
Kriteria Panen Terkait dengan Karakter Fisiko-Kimia Buah Nanas
Rahmadianto 2001 menyatakan bahwa untuk menentukan saat panen yang
tepat bagi buah nanas bergantung pada tujuan dan tuntutan penggunaan, seperti
untuk konsumsi langsung, sebaiknya buah nanas dipetik pada tingkat 25% warna
kulit buah sudah berwarna kuning. Untuk pemasaran lokal sebaiknya dipanen
setelah matang penuh, sedangkan untuk tujuan ekspor nanas segar sebaiknya
dipanen sebelum matang tapi telah cukup tua degan pertimbangan rasa dan aroma
buah nanas. Kriteria panen dari suatu produk harus dapat diterima dan mudah
dimengerti oleh petani selaku produsen dan pelaku-pelaku pascapanen.
Soedibyo 1992 menambahkan, buah nanas Subang yang berumur 18.5
minggu setelah pembungaan cocok untuk digunakan sebagai bahan baku industri.
Sedangkan nanas yang baik untuk konsumsi segar adalah nanas yang berumur 20
minggu setelah pembungaan. Persyaratan nanas untuk dikonsumsi segar adalah
nanas yang mempunya kandungan Total Padatan Terlarut (TSS) > 12%,
TSS/asam 21-27, berat jenis 0.98 – 1.02, dan asam 0.5 – 0.6%.
Menurut Pantastico et al. (1973) warna buah nanas dapat digunakan sebagai
penentu berbagai tingkat kematangan buah, untuk itu dibuatlah klasifikasi tingkat
kematangan buah nanas berdasarkan warna kulit buah yang terdiri dari 7 tingkatan.
Buah nanas dengan warna kulit seperti pada nomor 2, 3, dan 4 sebaiknya
dipanen baik untuk pengalengan maupun untuk pengapalan sebagai buah segar
setempat. Buah yang ranum (dengan warna kulit seperti pada nomor 6 dan 7)
mempunyai aroma yang menunjukkan bahwa buah sudah mulai mengalami
fermentasi dan memerlukan pengupasan yang tebal baik di dapur maupun di
pabrik. Buah nanas untuk pemasaran yang jauh data dipanen pada tingkat warna
kulit tersebut pada nomor 0. Untuk matang penuh buah demikian itu memerlukan
waktu 2-3 minggu (Pantastico 1973).
4
Tabel 1 Kriteria tingkat kematangan buah nanas (Pantastico et al. 1973)
Klasifikasi buah
Warna Kulit Buah Nanas
No.0
Semua mata hijau seluruhnya, tanpa tanda-tanda
kuning
No.1
≤ 20% mata jelas berwarna kuning
No.2
20% - 40% matanya jelas mulai berwarna kuning
No.3
55% - 65% dari mata-matanya jelas mulai
berwarna kuning
No.4
65% - 90% dari matanya berwarna kuning penuh
No.5
≤ 90% matanya berwarna kuning penuh, ≤ 20%
berwarna jingga kemerah-merahan
No.6
20% - 100% mata-matanya berwarna jingga
kemerah-merahan
No.7
Kulit berwarna pirang kemerah-merahan dan
memperlihatkan tanda-tanda pembusukan
Rahmadianto 2001 membagi tingkat kematangan buah nanas juga
berdasarkan perkembangan warna kulit buah. Buah nanas disebut tua apabila pada
kulit tidak terdapat warna kuning, apabila ⁄ bagian dari warna kulit berubah
menjadi kuning disebut setengah matang, apabila ⁄ sampai ⁄ bagian warna
kulit buah telah berubah menjadi kuning maka buah tersebut telah matang.
5
Kualitas Buah Nanas
Komponen kualitas buah meliputi penampakan, tekstur, rasa, nilai gizi, dan
keamanan. Penampakan mencakup ukuran (besar, bobot), bentuk (diameter,
keseragaman), intensitas dan keseragaman warna, kilap, kerusakan eksternal dan
internal. Tekstur meliputi kekerasan, kelembutan, sukulensi, flavour dan mineral.
Standar kualitas buah nanas untuk konsumsi meliputi kematangan, kekerasan,
keseragaman ukuran dan bentuk - bentuk, bebas dari kerusakan, kelayuan, memar,
dan keretakan.
Kandungan gizi, vitamin dan mineral dalam 100 g buah nanas sebagai
berikut: air 86 g, kalori 218 kj, protein 0.5 g, lemak 0.2 g, karbohidrat 13.5 g, serat
0.5 g, dan abu 0.3 g. Kandungan mineralnya sebagai berikut: kalsium 18 mg, besi
0.3 mg, magnesium 12 mg, pospor 12 mg, kalium 98 mg dan Na 1 mg.
Kandungan vitamin sebagai berikut: asam askorbat 10 mg, thiamin 0.09 mg,
riboflavin 0.04 mg, niacin 0.24 mg dan vitamin A 5.3 IU (Nakasone dan Paull,
1999).
Selama proses pematangan, buah nanas mengalami peningkatan bobot kotor
maupun bersih, total padatan terlarut pada daging buah, peningkatan jumlah asamasam dan penurunan kandungan air. Penampakan dari luar yaitu terjadinya
perubahan warna dimana klorofil terdegradasi dan meningkatnya pigmen karoten.
Menurut Soedibyo (1992) kandungan air menurun sejalan dengan penurunan
umur panen dan terjadinya peningkatan kandungan gula sebagai salah satu bagian
padatan terlarut total.
Padatan terlarut total pada buah nanas didominasi oleh kandungan gula dan
asam. Rasa pada buah nanas merupakan perpaduan antara gula dan asam. Gula
yang terkandung dalam nanas yaitu glukosa 2.32%, fruktosa 1.42%, dan sukrosa
7.89%. Asam -asam yang terkandung dalam buah nanas adalah asam sitrat, asam
malat, dan asam oksalat. Jenis asam yang paling dominan yakni asam sitrat 78%
dari total asam. Keasaman buah dapat diukur dengan mengukur pH ekstrak buah
atau dengan metode asam tertitrasi (Rahmadianto 2001).
Gelombang Ultrasonik
Gelombang terjadi apabila adanya suatu gangguan pada kesetimbangan
dalam suatu sistem dan gelombang tersebut dapat merambat melalui suatu
medium dimana setelah gangguan ini lewat keadaan medium akan kembali ke
keadaan semula seperti sebelum gangguan itu datang. Gelombang seperti ini
dinamakan gelombang mekanik seperti gelombang bunyi. Secara umum
gelombang dibagi menjadi dua kategori yaitu gelombang mekanik dan gelombang
elektromagnetik. Gelombang mekanik memerlukan suatu medium untuk
merambat sedangkan gelombang yang tidak memerlukan medium untuk
merambat disebut gelombang elektromagnetik. Contoh gelombang mekanik
adalah gelombang pada tali dan gelombang akustik sedangkan contoh gelombang
elektromagnetik adalah seperti gelombang radio, radiasi inframerah, sinar-X dan
yang lainnya. Gelombang elektromagnetik dapat berjalan melalui ruang hampa.
Ada dua jenis gelombang yaitu gelombang transversal dan gelombang
longitudinal. Gelombang transversal terjadi apabila pergeseran medium tegak
lurus terhadap arah perjalanan gelombang sedangkan gelombang longitudinal
6
terjadi apabila gerakan partikel pada medium adalah gerakan bolak-balik
sepanjang arah yang sama dengan arah perjalanan gelombang. Gelombang
memiliki beberapa sifat seperti dapat berinteraksi dengan dengan benda, jika
gelombang datang pada sebuah benda maka gelombang tersebut dapat diabsorbs,
direfleksikan, ditransmisikan atau direfraksikan.
Gelombang akustik seperti bunyi merupakan salah satu gelombang mekanik
yang dapat merambat baik di dalam fluida maupun di dalam padatan. Di dalam
fluida gelombangnya merupakan longitudinal sedangkan dalam padatan
gelombangnya dapat berupa gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
Gelombang sinusoidal adalah jenis gelombang bunyi yang memiliki frekuensi,
amplitudo dan panjang gelombang tertentu.
Manusia memiliki batas pendengaran pada frekuensi tertentu yaitu sekitar
20-20.000 Hz yang disebut dengan gelombang audiosonik. Frekuensi tersebut
disebut audible range atau jangkauan yang dapat didengar oleh manusia. Selain
itu ada juga yang disebut dengan gelombang ultrasonik yaitu gelombang dengan
frekuensi di atas jangkauan dengar manusia (di atas 20 kHz) seperti magnet listrik,
getaran Kristal piezo elektrik dan gelombang infrasonik dengan frekuensi
gelombang di bawah jangkauan dengar manusia (dibawah 20 Hz) seperti getaran
gempa,dan tanah longsor. Gelombang bunyi berjalan ke semua arah dari sumber
bunyi dengan amplitudo tergantung pada arah dan jarak dari sumber.
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik sehingga dalam
perambatannya membutuhkan medium perantara. Gelombang ultrasonik tidak
dapat merambat pada ruang hampa sehingga proses transmisi pada ruang hampa
tidak pernah terjadi. Perambatan gelombang ultrasonik merupakan perambatan
dari gelombang tekanan.
Gelombang ultrasonik memiliki prinsip yang sama dengan gelombang
mekanik lainnya sehingga proses pembiasan, pemantulan, polarisasi atau yang
lainnya tetap terjadi. Proses pemantulan dan pembiasan pada gelombang
ultarsonik bisa terjadi bila melewati medium yang indeks biasnya berbeda. Pada
proses tersebut akan terjadi pengurangan intensitas gelombang yang menandakan
adanya pengurangan energi dari gelombang tersebut. Ditinjau dari sudutnya,
pembiasan memiliki sudut bias 00 sampai 900 sementara pemantulan memiliki
sudut bias 900 sampai 1800 atau sudut pantul sebesar 00 sampai 900. Pemantulan
dan pembiasan yang kompleks akan terjadi pada medium fluida, hal ini terjadi
karena pada medium padat gelombang yang terjadi bukan saja gelombang
longitudinal tapi ada kemungkinan terdapat juga gelombang transversal.
Selain proses pembiasan dan proses pemantulan, proses lainnya adalah
proses penyerapan atau absorpsi. Proses penyerapan pada gelombang sering
terjadi pada medium padat yang ditandai dengan adanya penurunan amplitudo
gelombang. Besaran yang menyatakan konstanta absorpsi dikenal dengan
koefisien absorpsi. Koefisien absorpsi dipengaruhi oleh konsentrasi medium yang
dilalui gelombang tersebut. Besarnya penyerapan yang terjadi tergantung pada
karakteristik fisik dari medium yang dilaluinya.
Blitz (1971) menyatakan bahwa dalam proses perambatannnya dalam
medium, intensitas gelombang ultrasonik berkurang terhadap jarak yang ditempuh.
Pengurangan intensitas terjadi karena adanya penyerapan energi oleh medium.
Besarnya penyerapan energi dinyatakan dalam koefisien absorpsi atau koefisien
atenuasi.
7
Penerapan gelombang ultrasonik adalah dengan mengamati sifat akustik
gelombang ultrasonik yang merambat dalam suatu medium. Sifat yang diukur
meliputi kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi atau koefisien penyerapan
energi. Untuk pengukuran bahan pertanian biasanya digunakan gelombang dengan
intensitas yang rendah sekitar 1-10 MHz sehingga tidak merusak bahan pertanian
tersebut. Gooberman (1968) menyatakan gelombang ultrasonik akan merambat
lebih baik pada medium padat dibandingkan pada medium cair atau gas.
Rejo (2002) menyatakan bahwa sifat gelombang ultrasonik sangat banyak,
namun sifat akustik yang dapat menentukan sifat fisiko-kimia bahan pertanian
yaitu kecepatan gelombang dan koefisiean atenuasi. Hal ini dikarenakan kedua
sifat tersebut tergantung pada sifat atau keadaan dari medium yang dilaluinya.
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik sehingga membutuhkan
medium dalam perambatannya, dimana medium perantara gelombang ultrasonik
berupa padatan, cairan, gas, dan semi padat-cair.
Koefisien atenuasi
Koefisien atenuasi (α) merupakan besaran yang menggambarkan besarnya
energi yang hilang atau diabsorbsi karena gelombang ultrasonik melewati medium
tertentu karena ada peristiwa refleksi dan transmisi gelombang. Besarnya energi
yang hilang tergantung pada jenis medium yang dilaluinya sehingga analisis
gelombang berdasarkan peristiwa absorbsi dapat menghasilkan informasi sifatsifat bahan, seperti densitas, elastisitas, dan viskositas. Pada buah-buahan berbiji
misalnya pada mangga, penggunaan prinsip koefisien atenuasi diterapkan dalam
pengukuran gelombang ultrasonik karena terlihat jelas menggambarkan hubungan
antara koefisien atenuasi dengan keadaan buah daripada menggunakan prinsip
kecepatan gelombang (Mizrach et al., 1997).
Koefisien atenuasi merupakan perbandingan antara intensitas awal pada
jarak x di dalam medium (Ix) dan intensitas mula-mula yaitu sebelum memasuki
medium (I0) menurut Persamaan 1 (Cracknell 1980).
1
��
��
�� = − ln
��
�� = −
�
�0
..................................................(1)
Intensitas yang dimiliki gelombang ultrasonik berbanding lurus dengan
amplitudo tegangan sinyal listrik yang dideteksi. Oleh karena itu, ukuran
atenuasipun biasa dinyatakan dalam bentuk perbandingan tekanan amplitudo
setelah melewati jarak x di dalam suatu medium (Ax) dan sebelum memasuki
medium (A0) seperti pada Persamaan 2. Dimana αI = 2 αp.
�
�
.................................................(2)
Satuan koefisien atenuasi dalam hal ini adalah Neper per meter. Satuan lain
dari koefisien atenuasi adalah desibel. Sehingga ada kesetaraan antara satuan
Neper per meter dengan desibel, yaitu 1 Neper = 8.686 dB.
Perhitungan koefisien atenuasi pada peneltian ini dilakukan dengan
beberapa langkah yaitu data hasil keluaran oscilloscope disimpan dalam excel
yang merupakan data amplitudo dan waktu. Data tersebut diubah menjadi grafik
8
gelombang dan dicatat nilai maksimum dan nilai minimum gelombang. Untuk
data jarak (x) antara transmitter dan receiver digunakan data diameter buah yang
diukur. Pengukuran atenuasi dilakukan dengan melihat penurunan amplitudo dari
gelombang ultrasonik setelah melewati nanas (Ax). Amplitudo dapat dilihat
sebagai fungsi dari jarak yang ditempuh. Penghitungan atenuasi dilakukan dengan
menggunakan Persamaan 2.
Kecepatan gelombang
Kecepatan gelombang (Vb) pada medium padat merupakan fungsi rapat
massa (ρ), modulus Young (E), dan Perbandingan Poisson (υ). Garret et al (1992)
mengukur kecepatan gelombang dalam apel dengan menurunkan Persamaan 3.
E
Vb =√ ..............................................................(3)
ρ
Menurut Gooberman (1968), besarnya kecepatan longitudinal (VL)
tergantung pada rapat massa, modulus Young, dan rasio Poisson seperti pada
Persamaan 4.
VL = √
E (1-υ)
................................................(4)
ρ (1+υ)(1-2υ)
Penghitungan kecepatan gelombang ultrasonik (CL) pada penelitian ini
dilakukan dengan mencari waktu tempuh (t). Waktu tempuh dapat dihitung
dengan mengetahui selisih pulsa listrik dari transmitter dan receiver. Waktu
tempuh diperoleh ketika gelombang ditembakkan oleh transmitter hingga
memasuki buah. Setelah waktu tempuh diperoleh, kecepatan gelombang dapat
dihitung dengan mengetahui dimensi buah (L) atau jarak transmitter ke receiver
ketika dilewati gelombang ultrasonik. Penghitungan kecepatan gelombang
ultrasonik dilakukan dengan menggunakan Persamaan 5.
�� =
�
��
............................................................(5)
Pengukuran nilai kecepatan gelombang ultrasonik di udara dilakukan
dengan mengkalibrasi nilai kecepatan gelombang yang sebenarnya sehingga
diperoleh nilai konstanta (c). Nilai kecepatan gelombang ultrasonik di udara
adalah 340 m/s. Dengan adanya nilai konstanta (c) maka bisa dihitung nilai
kecepatan gelombang ultrasonik pada nanas (V) dengan Persamaan 6.
� = CL × �........................................................(6)
Transduser Ultrasonik
. Transduser adalah suatu alat yang mengubah suatu energi ke dalam bentuk
energi lainnya. Transduser ultrasonik mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik dalam bentuk suara dan sebaliknya, transduser ultrasonik juga dapat
mengubah energi mekanik seperti suara menjadi energi listrik. Transduser akan
9
mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz. Besarnya
gelombang ultrasonik yang dapat dibangkitkan tergantung pada jenis
transdusernya. Sebagai contoh transduser 40 kHz akan membangkitkan
gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz. Transduser akan aktif jika diberi
sinyal sebesar 40 kHz . Pada penelitian ini digunakan gelombang ultrasonik
dengan frekuensi sebesar 50 kHz, hal tersebut dikarenakan transduser yang
digunakan adalah t ransduser dengan frekuensi 50 kHz.. Transduser terdiri dari
dua jenis yaitu transduser pengirim (transmitter) Tx dan transduser penerima
(receiver) Rx.
Transduser ultrasonik terbuat dari material piezoelectric yaitu terbuat dari
bahan quartz (SiO3) dan Barium titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan
medan listrik pada saat material berubah bentuk atau dimensinya sebagai akibat
dari gaya mekanik. Hal tersebut sering disebut efek piezoelektrik.
Bahan piezoelektik yang digunakan pada transduser ultrasonik mengubah
sinyal listrik menjadi getaran mekanik dan mengubah kembali getaran mekanik
menjadi energi istrik. Elemen aktif dari transduser adalah inti transduser yang
mengubah energi listrik menjadi energi suara dan sebaliknya mengubah energi
suara menjadi energi listrik. Elemen aktif pada transduser biasanya adalah sebuah
material terpolarisasi. Material terpolarisasi adalah beberapa bagian molekul
bermuatan positif dan sebagian lagi bermuatan negatif dengan elektroda yang
menempel pada dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati
material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik
sehingga menghasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul. Penyesuaian
molekul akan menyebabkan perubahan dimensi pada material.
Komponen utama pada transduser ultrasonik adalah elemen aktif, backing,
dan wear plate. Elemen aktif terbuat dari bahan piezo atau ferroelectric yang
mengubah energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa menjadi energi
ultrasonik. Backing mempunyai penguatan yang tinggi. Material yang mempunyai
kerapatan yang sangat tinggi digunakan untuk mengontrol getaran dari transduser
dengan menyerap radiasi energi dari bagian belakang elemen. Wear plate
berfungsi untuk melindungi bagian elemen aktif serta sebagai medium yang
kontak langsung dengan material yang akan diuji.
Penelitian Ultrasonik pada Komoditas Pertanian
Penelitian ultrasonik untuk evaluasi mutu buah telah banyak dilakukan.
Beberapa penelitian mengkaji gelombang ultrasonik dalam penentuan tingkat
kematangan buah, deteksi adanya lalat buah dan banyak penelitian lainnya.
Teknik menggunakan gelombang ultrasonik telah berhasil diuji coba oleh Garret
dan Furry (1992) bahwa pada buah yang tidak berbiji seperti apel dapat ditentukan
sifatnya dengan mengukur kecepatan gelombangnya. Sedangkan pada buahbuahan berbiji seperti mangga, biasanya tidak ada hubungan yang jelas antara
keadaan buah dengan kecepatan sehingga perlu dilakukan pengukuran
atenuasinya (Mizrach et al., 1997). Galili et al. (1993) untuk menentukan
kematangan alpukat dan Mizrach et al. (1989) juga telah mengujinya pada
beberapa sayuran dan buah subtropika.
Di Indonesia, aplikasi gelombang ultrasonik telah dilakukan pada beberapa
penelitian bidang pertanian, yaitu Trisnobudi (1998) melaporkan hasil pengukuran
10
kecepatan longitudinal pada tomat yang dihubungkan dengan tingkat
kematangannya. Modulus Young dan perbandingan Poisson adalah modulus
elastis yang merupakan sifat kekenyalan yang akan menentukan kekerasan buah.
Sedangkan kekerasan buah merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan
untuk menentukan kematangannya.
Budiastra et al. (1998) juga melakukan pengujian pada mutu buah-buahan
tropik (manggis utuh dan durian utuh) dengan beberapa frekuensi yang terpancar
dari transduser yaitu 1 MHz, 500 KHz, dan 50 KHz. Penelitian menunjukkan
bahwa pada frekuensi lebih besar dari 50 KHz dapat digunakan untuk menentukan
sifat gelombang ultrasonik buah manggis.
Selanjutnya Rejo et al. (2002) melakukan penelitian dengan menggunakan
durian untuk menentukan kematangan buah dengan bantuan neural network dan
hasil penelitian sifat karakteristik durian menujukkan bahwa sifat fisiko-kimia
durian seperti masa jenis, kekerasan dan sifat akustik mengalami penurunan
dengan meningkatnya ketuaan dan kematangan buah durian. Sedangkan total
padatan terlarut, kadar air, dan total gula mengalami peningkatan dengan
meningkatnya ketuaan dan kematangan buah durian. Namun total asam
mengalami peningkatan sampai durian matang dan kemudian menurun hingga
lewat matang.
Haryanto (2002) melaporkan bahwa sifat akustik dapat membedakan tingkat
ketuaan durian. Frekuensi gelombang ultrasonik yang digunakan sebesar 50 KHz.
Dari penelitian disimpulkan bahwa sifat akustik yaitu kecepatan gelombang dan
atenuasi dapat digunakan untuk membedakan antara durian muda dan durian tua,
dan dari beberapa parameter ternyata sifat akustik berhubungan lebih erat dengan
tingkat kekerasan. Atenuasi yang diperoleh sebesar 3.1 – 5.2 dB/mm sedangkan
kecepatan gelombangnya 501 – 422 m/s. Zerro Moment Power (Mo) akan
menurun sejalan dengan bertambahnya kematangan dan rusaknya buah durian.
Juansah (2006) membuat rancang bangun sistem pengukuran gelombang
ultrasonik untuk penetuan mutu manggis. Frekuensi gelombang ultrasonik yang
digunakan sebesar 50 KHz. Dari hasil penelitian disimpulkan pengukuran sifat
akustik terutama kecepatan dan atenuasi memiliki kontribusi yang sejalan.
Meningkatnya kekerasan buah menyebabkan semakin rendahnya kecepatan
gelombang ultrasonik, sedangkan peningkatan total padatan terlarut sejalan
dengan peningkatan kecepatan gelombang. Kecepatan gelombang yang diperoleh
sebesar 1125 – 1350 m/s. Buah manggis yang telah matang memiliki kekerasan
yang rendah, total padatan terlarut yang tinggi dan atenuasi yang rendah. Atenuasi
yang diperoleh sebesar 1.04 - 1.13dB/m.
Nasution (2006) melakukan pengembangan sistem evaluasi manggis dengan
gelombang ultrasonik. Sistem pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik
pada manggis dirakit untuk menentukan tingkat ketuaan dan total gula pada
frekuensi 50 kHz, sedangkan time base yang sesuai untuk berbagai tingkat
ketuaan dan kematangan buah manggis adalah 400μs/div. Berdasarkan hasil
penelitian diketahui bahwa kecepatan rambat gelombang memiliki hubungan
korelasi dengan sifat fisik berupa tingkat kekerasan dan sifat kimia buah yang
meliputi total gula dan total padatan terlarut. kecepatan menurun dengan
bertambahnya tingkat ketuaan maupun total padatan terlarut.
Djamila (2010) berhasil menggunakan metode ultrasonik untuk pengukuran
buah naga merah super pada aspek mutu fisiko-kimianya. Frekuensi gelombang
11
ultrasonik yang digunakan sebesar 50 KHz. Hasilnya yaitu kecepatan gelombang
berkorelasi positif dengan kekerasan dan total asam sedangkan untuk total gula
berkorelasi negatif. Bila dilihat dari umur panen maka kecepatan gelombang
ultrasonik akan menurun dengan meningkatnya umur panen sementara itu
koefisien atenuasi ikut meningkat. Atenuasi yang diperoleh sebesar 501.27 –
540.44 dB/m sedangkan kecepatan gelombangnya 614-680 m/s.
Analisis Diskriminan
Analisis diskriminan merupakan teknik multivariat yang berkaitan dengan
pemisahan objek dalam kelompok yang berbeda dan mengalokasikan objek
tersebut ke dalam suatu kelompok yang telah ditetapkan sebelumnya (Kurniasari
et al. 2014). Pengelompokan dengan analisis diskriminan ini terjadi karena
adapengaruh satu atau lebih variabel lain yang merupakan variabel independen.
Kombinasi linier dari variabel-variabel ini akan membentuk suatu
fungsidiskriminan (Hair et al. 1998). Analisis diskriminan bertujuan
mengklasifikasikan suatu individu atau observasi ke dalam kelompok yang
salingbebas dan menyeluruh berdasarkan sejumlah variabel penjelas (Mattjik dan
Sumertajaya 2011). Ada dua asumsi utama yang harus dipenuhi pada analisis
diskriminan ini,yaitu: (1) Sejumlah pvariabel penjelas harus terdistribusi normal
multivariat, (2) Matriks varian-kovarian variabel penjelas berukuran p x ppada
keduakelompok harus sama.
Model dasar analisis diskriminan dilambangkan dengan d. Model
analisisdiskriminan merupakan sebuah persamaan yang menunjukkan suatu
kombinasi linier dari berbagai variabel independen yang ditunjukkan pada
Persamaan 7.
d = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + …… + bnxn
dimana:
(7)
d= skor diskriminan
b = koefisien diskriminan atau bobot (0, 1, 2, ..., n)
x= prediktor atau variabel independen (1, 2, 3, ..., n)
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil
Pertanian (TPPHP) Departemen TMB Fateta IPB. Penelitian ini dilakukan selama
6 bulan dari Desember 2014 hingga Juni 2015.
Bahan
Bahan utama yang digunakan adalah nanas varietas Cayyene yang berasal
dari kebun petani di Jalan Cagak Kabupaten Subang Jawa Barat. Buah dipetik dari
kebun yang sama, pada tiga tingkat kematangan, yaitu tingkat kematangan ke-0
12
dengan ciri warna kulit hijau seluruhnya tanpa tanda-tanda kuning, ke-2 dengan
ciri 50% - 60% warna kulit jelas mulai berwarna kuning, dan kematangan ke-4
dengan ciri seluruh warna kulit kuning merata menurut persepsi petani. Masingmasing tingkat kematangan menggunakan 35 sampel, dengan total sampel 105
buah. Beberapa bahan kimia juga digunakan dalam penelitian ini, seperti aquadest,
larutan NaOH 0.1 N, dan indikator PP (phenolphthalein). Selain itu juga
digunakan air untuk pengukuran densitas buah.
Alat
Alat yang digunakan, yaitu alat uji ultrasonik rancangan Budiastra et al.
(1998), terdiri atas transduser pemancar (transmitter) dan transduser penerima
(receiver) gelombang ultrasonik berujung lancip tipe Krautkramer Ko 5S 56126568 dengan frekuensi 50 kHz dengan bahan piezoelektrik, dudukan sampel,
digital oscilloscope tipe ETC M621, ultrasonik tester, dan personal computer.
Transduser yang digunakan berbentuk silinder berujung kerucut, dengan diameter
2.95 cm dan panjang 7.5 cm. Pengukuran sifat fisikokimia menggunakan portable
digital refractometer Atago PR 201 (AOAC 1994), rheometer model CR 300 DXL, pisau, jangka sorong, timbangan digital merek Mettler, set alat titrasi uji total
asam (AOAC 1995), erlenmeyer, tabung reaksi, dan bejana (wadah).
.
Prosedur Penelitian
Pada penelitian penentuan tingkat kematangan buah nanas segar dengan
menggunakan gelombang ultrasonik dilakukan dalam beberapa tahap yaitu 1)
persiapan sampel penelitian, 2) pengukuran karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik (kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi) pada nanas dengan tiga
tingkat kematangan yang berbeda, 3) pengukuran sifat fisikokimia (densitas,
kekerasan, total padatan terlarut, dan total asam) buah nanas pada tiga tingkat
kematangan berbeda, 4) pengolahan dan analisis data, 5) pengelompokkan buah
nanas berdasarkan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
Persiapan Sampel Penelitian
Buah nanas dipanen dengan selang 2 minggu pada setiap tingkat
kematangannya. Pemanenan pertama pada tingkat kematangan pertama, dua
minggu kemudian pemanenan pada tingkat kematangan kedua, dan pemanenan
terakhir pada buah nanas kematangan ketiga. Setelah dipanen, selanjutnya
dilakukan sortasi untuk memisahkan buah cacat dan buah yang utuh. Kemudian
buah dibersihkan dari kotoran dan bagian yang tidak digunakan, dapat berupa
tanah, batang yang panjang maupun kotoran yang menempel pada permukaan
buah. Dari kebun petani, buah dikemas dengan posisi berdiri atau vertikal dengan
mahkota di atas kemudian buah nanas ditransportasikan menuju Lab. TPPHP dan
dilakukan pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik dan sifat fisikokimia.
Pengukuran Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik
Pada tahap ini dilakukan pengukuran kecepatan gelombang ultrasonik dan
koefisien atenuasi pada kondisi tidak ada buah nanas dan pada buah nanas utuh.
Pada pengukuran dengan kondisi tidak ada buah nanas, menggunakan medium
13
udara. Pada pengukuran dalam medium udara ditinjau profil penjalaran amplitudo
gelombang ultrasonik sebagai fungsi jarak. Nilai kecepatan dan koefisien atenuasi
gelombang ultrasonik pada medium udara digunakan sebagai bahan analisis dalam
pengolahan data selanjutnya. Sedangkan pengukuran dengan kondisi terdapat
buah nanas, transduser langsung menyentuh bagian permukaan kulit buah.
Pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik, dilakukan dengan cara
menyalakan oscilloscope dan ultrasonic tester. Nanas yang telah dibersihkan
diletakkan pada dudukan buah. Gelombang ultrasonik ditransmisikan ke buah
pada bagian pangkal, tengah, dan ujung buah, dilakukan dua kali. Untuk
mengetahui dimensi panjang buah maka di bawah dudukan buah diletakkan mistar.
Dari ultrasonik tester signal gelombang ultrasonik dikuatkan dan dikirim
yang menuju ke transmitter. Pada transmitter energi listrik dari gelombang
ultrasonik diubah menjadi getaran mekanik dalam bentuk energi suara.
Transmitter akan membangkitkan dan mengeluarkan signal gelombang ultrasonik
dengan frekuensi 50 KHz, kemudian energi akan ditransmisikan melalui daging
buah. Energi yang telah melewati daging buah kemudian akan diterima oleh
receiver. Receiver berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik
yang kemudian diteruskan menuju ultrasonik tester. Pada ultrasonik tester, energi
dari gelombang ultrasonik dikuatkan kembali, kemudian diteruskan menuju
digital oscilloscope. Oscilloscope berfungsi mengubah data analog menjadi data
digital yang kemudian akan ditampilkan pada layar komputer. Data yang
didapatkan dan ditampilkan berupa data amplitudo dan waktu dalam bentuk
microsoft excell, yang kemudian digunakan untuk perhitungan data kecepatan
gelombang dan atenuasi. Pengaturan digital oscilloscope selama pengambilan data
sweep yang digunakan 1 : 8, data sampel setiap pengukuran sebanyak 4096, time
base 800 μs/ div, dengan sampling rate yang digunakan untuk pengukuran sebesar
512 kHz. Setelah pengukuran karakteristik transmisi gelombang ultrasonik,
dilakukan pengukuran sifat fisikokimia.
14
Mulai
Buah Nanas
Pengukuran
gelombang
ultrasonik
Kecepatan
(v)
dan atenuasi (α)
Berat dan volume
Data densitas
Kekerasan
Data
kekerasan
Total padatan
terlarut (TPT)
Data TPT
Total asam (TA)
Data TA
Hubungan antar
parameter
Pendugaan sifat fisikokimia buah nanas
Seles
ai
Gambar 1 Diagram alir proses penelitian
Gambar 2 Blok diagram alat pengukuran gelombang ultrasonik
15
Perhitungan kecepatan gelombang ultrasonik
Penghitungan kecepatan gelombang ultrasonik dilakukan dengan mencari
waktu tempuh. Waktu tempuh dapat dihitung dengan mengetahui selisih pulsa
listrik dari rangkaian pengirim dan rangkaian penerima. Waktu tempuh diperoleh
ketika gelombang ditransmisikan oleh transmitter hingga memasuki buah. Setelah
waktu tempuh diperoleh, kecepatan gelombang dapat dihitung dengan mengetahui
dimensi buah atau jarak transmitter ke receiver ketika dilewati gelombang
ultrasonik.
Pengukuran koefisien atenuasi
Koefisien atenuasi (α) merupakan besaran yang menggambarkan energi
yang hilang atau diabsorbsi karena gelombang ultrasonik melewati medium
tertentu karena ada refleksi dan transmisi gelombang. Perhitungan koefisien
atenuasi dilakukan dengan beberapa langkah yaitu data hasil keluaran oscilloscope
diubah menjadi grafik gelombang dan dicatat nilai maksimum dan nilai minimum
gelombang. Untuk data jarak antara transmitter dan receiver digunakan data
diameter buah yang diukur. Pengukuran atenuasi dilakukan dengan melihat
penurunan amplitudo dari gelombang ultrasonik setelah melewati nanas.
Pengukuran sifat fisikokimia
Nanas yang masih utuh setelah dilakukan pengukuran karakteristik
transmisi gelombang ultrasonik, selanjutnya diukur sifat fisikokimianya
(kekerasan, densitas, total padatan terlarut, dan total asam). Masing-masing
pengukuran dijelaskan sebagai berikut.
Kekerasan
Perhitungan kekerasan buah nanas diukur menggunakan alat rheometer.
Alat disetting pada kondisi mode: 20; R/H (hold): 10.00 mm; P/T (Press): 60
mm
SEGAR SECARA NON-DESTRUKTIF DENGAN
METODE ULTRASONIK
WENDIANING PUTRI LUKETSI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Penentuan Tingkat
Kematangan Buah Nanas Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2016
Wendianing Putri Luketsi
F152130111
RINGKASAN
WENDIANING PUTRI LUKETSI. Penentuan Tingkat Kematangan Buah Nanas
Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik. Dibimbing oleh I
WAYAN BUDIASTRA dan USMAN AHMAD.
Mutu buah nanas segar yang sesuai dengan harapan pasar atau konsumen
telah diatur dalam standar nasional buah nanas pada SNI 3166: 2009. Kematangan
sebagai salah satu parameter mutu buah nanas masih dievaluasi secara visual,
sehingga hasilnya sangat beragam. Evaluasi kematangan nanas yang lebih akurat
dan seragam diperoleh dengan bantuan instrumen pengukur mutu, namun pada
umumnya bersifat destruktif atau merusak nanas. Oleh karena itu, perlu
dikembangkan metoda evaluasi tingkat kematangan secara nondestruktif dan lebih
akurat untuk nanas segar. Metode ultrasonik banyak digunakan untuk menentukan
kualitas bahan pertanian, namun belum ada yang diaplikasikan pada buah nanas
varietas Cayyene.
Secara umum, penelitian ini bertujuan mengkaji metoda ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan dan mutu internal nanas. Lebih khusus,
bertujuan: (1) menentukan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik
(kecepatan, koefisien atenuasi) dan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat
kematangan, (2) mengkaji hubungan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik
dengan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat kematangan, dan (3)
mengelompokkan nanas berdasarkan tingkat kematangan menggunakan fungsi
diskriminan dari karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
Buah nanas varietas Cayyene yang digunakan diperoleh dari daerah Subang,
Jawa Barat dengan tiga tingkat kematangan, masing-masing sebanyak 35 buah.
Tingkat kematangan yang pertama mempunyai kulit buah berwarna hijau merata,
tingkat kematangan kedua mempunyai kulit 50% kuning dan 50% hijau,
sedangkan tingkat kematangan ketiga kuning merata. Nanas yang baru dipanen
diuji menggunakan sistem pengukuran gelombang ultrasonik dengan frekuensi 50
KHz untuk mengetahui kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi. Kemudian
dilakukan uji fisikokimia untuk mengetahui kekerasan, densitas, total padatan
terlarut dan total asam pada buah.
Hasil penelitian menunjukkan kecepatan gelombang ultrasonik buah nanas
pada tiga tingkat kematangan berbeda nyata, berkisar antara 173– 210 m/s.
Sedangkan koefisien atenuasi berkisar antara 4.1 – 5.1 dB/m. Pada sifat
fisikokimia, kekerasan semakin menurun seiring tingkat kematangannya, dari
50.04 N menjadi 34.01 N. Total padatan terlarut mengalami peningkatan, tingkat
kematangan kedua sebesar 14.99 0Brix menjadi 16.94 0Brix, namun tingkat
kematangan keempat mengalami penurunan menjadi 13.99 0Brix. Total asam
mengalami penurunan pada tingkat kematangan kedua dari 0.62% menjadi 0.57%,
mengalami peningkatan lagi sebesar 0.84%. Densitas buah meningkat seiring
tingkat kematangan walapun perubahannya tidak signifikan.
Berdasarkan hasil analisis diskriminan dari parameter kecepatan gelombang
dan koefisien atenuasi dihasilkan tiga fungsi diskriminan untuk mengelompokan
nanas berdasarkan tiga tingkat kematangan. Ketepatan pengelompokkan nanas
dalam ketiga tingkat kematangannya cukup tinggi sebesar 90.48%. Jadi fungsi
diskriminan yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengelompokkan nanas
berdasarkan tingkat kematangannya.
Kata kunci: analisis diskriminan kecepatan, koefisien atenuasi, nanas, ultrasonik
SUMMARY
WENDIANING PUTRI LUKETSI. Non-destructive Determination of Ripeness
Level for Fresh Pineapple Using Ultrasonic Method. Supervised by I WAYAN
BUDIASTRA and USMAN AHMAD.
Quality of fresh pineapple with suitable to market or consumers expectation
had been set in pineapple national standard on SNI 3166: 2009. Ripeness as one
of quality parameters is still evaluated visually, so that the result is very diverse.
More reliable result is obtained by the objective method using some instruments,
but most of them belong to destructive method. Therefore, a nondestructive
method for determination of ripeness level for fresh pineapple must be developed.
Ultrasonic method had been widely used to determine the quality of agricultural
materials, yet no one had tried to Cayyene pineapple varieties.
In general, the objective of this study was to examine the ultrasonic method
for determining the level of pineapple ripeness and its internal quality. More
specificaly, it aims to (1) determine the transmission characteristic of ultrasonic
waves (velocity, attenuation coefficient) and physicochemical properties of
pineapple at three levels of ripeness, (2) examine the relationship between
characteristics of ultrasonic wave transmission with physicochemical properties at
three levels of ripeness and, (3) classify pineapple based on its ripeness level
using discriminant function of ultrasonic wave transmission characteristics.
Cayyene pineapple varieties were harvested from Subang regency, West
Java province, at three levels of ripeness, 35 sample each. The first level ripeness
had totally green skin, the second level ripeness had 50% of yellow skin and 50%
of green skin, while the third level ripeness had totally yellow skin. Freshly
harvested pineapple were tested using ultrasonic wave transmission on frequency
of 50 Khz to determine the wave velocity and attenuation coeficient. Then
physicochemicals test were done to determine firmness, density, total soluble
solids and total acid in the fruit.
The results showed that the velocity of ultrasonic waves in pineapple at
three levels of ripeness were significantly different, ranging between 173 m/s to
210 m/s. While the attenuation coefficient ranged from 4.1 dB/m to 5.1 dB/m. The
physicochemical properties, firmness level decreased as the level of ripeness
changes, from 50.04 N to 34.01 N. Total soluble solids increased, the second
levels of ripeness was 14.99 0Brix becoming 16.94 0Brix, yet the fourth levels of
ripeness decreased to 13.99 0Brix. Total acid decreased in the second levels of
ripeness from 0.62% to 0.57% increased again by 0.84%. Fruit density increased
as the levels of ripeness, eventhough the change was not significant.
Based on the discriminant analysis of velocity and attenuation coefficient, it
is produced three discriminant functions to classify three level ripeness of
pineapples. The average accuracy of pineapple classification on three levels of
ripeness were quite high (90.48%). So, these three functions obtained could be
used in pineapple classification based on its ripeness levels.
Keywords: attenuation coefficient, discriminant analysis,
ultrasonic, velocity
pineapple,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PENENTUAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH NANAS
SEGAR SECARA NON-DESTRUKTIF DENGAN METODE
ULTRASONIK
WENDIANING PUTRI LUKETSI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Pascapanen
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2014 ini ialah
aplikasi gelombang ultrasonik pada buah, dengan judul Penentuan Tingkat
Kematangan Buah Nanas Segar secara Non-destruktif dengan Metode Ultrasonik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir I Wayan Budiastra,
MAgr dan Bapak Dr Ir Usman Ahmad, MAgr selaku pembimbing yang telah
memberi saran dan meluangkan waktunya untuk penulis, serta Bapak Dr Ir Y Aris
Purwanto, MSc selaku penguji dalam ujian tesis dan Bapak Prof Dr Ir
Sutrisno,MAgr dan Bapak Dr Ir Lilik Pujantoro E.N, MAgr yang telah banyak
memberi masukan terhadap karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Ketua PS dan seluruh Dosen Teknologi Pascapanen, Ibu Rusmawati,
Bapak Ahmad Mulyatullah, Bapak Sulyaden, dan Baskara dari Lab. TPPHP atas
segala dukungan, layanan, dan bantuannya selama pelaksanaan kuliah dan
penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada suami tercinta mas
Yogyantoro, kedua orang tua yang saya banggakan Bapak Ismadi dan ibu Anik
Sumaryati, adik Cinca dan seluruh keluarga atas dukungan, semangat, kasih
sayang, nasehat dan doa yang terus diberikan. Terima kasih kepada seluruh
saudara-saudaraku TPP 2013 dan TMP 2013 atas segala doa, semangat, sharing
ilmunya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2016
Wendianing Putri Luketsi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
1
1
1
2
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi dan Morfologi Nanas
Fisiologi Pascapanen Nanas
Kriteria Panen Terkait dengan Karakter Fisiko-Kimia Buah Nanas
Kualitas Buah Nanas
Gelombang Ultrasonik
Transduser Ultrasonik
Penelitian Ultrasonik pada Komoditas Pertanian
Analisis Diskriminan
2
2
2
3
5
5
8
9
11
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan
Alat
Prosedur Penelitian
Prosedur Analisis Data
11
11
11
12
12
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisikokimia Buah Nanas Varietas Cayyene pada Tiga Tingkat
Kematangan
Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik Buah Nanas Varietas
Cayyene pada Tiga Tingkat Kematangan
Hubungan Karakterisik Transmisi Gelombang Ultrasonik dengan Sifat
Fisikokimia Buah Nanas Varietas Cayyene
Pengelompokan Tingkat Kematangan Buah Nanas Varietas Cayyene
berdasarkan Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik
16
20
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
32
32
32
DAFTAR PUSTAKA
33
16
23
29
DAFTAR TABEL
1 Kriteria tingkat kematangan buah nanas (Pantastico et al. 1973)
2 Rata-rata nilai sifat fisikokimia buah nanas varietas Cayyene pada tiga
tingkat kematangan
3 Rata-rata nilai karakteristik transmisi gelombang ultrasonik buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
4 Hasil uji kesamaan matriks kovarian
5 Hasil uji kesamaan vektor rataan
6 Faktor dominan yang membuat pembeda
7 Hasil pengelompokan sampel buah nanas pada tiga tingkat kematangan
berbeda menggunakan fungsi diskriminan
4
17
21
30
30
30
32
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Diagram alir proses penelitian
Blok diagram alat pengukuran gelombang ultrasonik
Grafik perubahan kekerasan buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Grafik perubahan densitas buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Grafik perubahan total padatan terlarut buah nanas pada tiga tingkat
kematangan
Grafik perubahan total asam buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan kekerasan buah
nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan densitas buah nanas
pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan total padatan terlarut
buah nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan kecepatan gelombang ultrasonik dengan total asam buah
nanas pada tiga tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan kekerasan buah nanas pada tiga
tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan densitas nanas pada tiga tingkat
kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan total padatan terlarut nanas pada
tiga tingkat kematangan
Hubungan koefisien atenuasi dengan total asam buah nanas pada tiga
tingkat kematangan
Grafik perubahan kekerasan berdasarkan kecepatan gelombang
ultrasonik pada tiga tingkat kematangan buah nanas
Grafik perubahan kekerasan berdasarkan koefisien atenuasi pada tiga
tingkat kematangan buah nanas
Plot kuantil khi-kuadrat
Plot pengelompokan buah nanas varietas Cayyene pada tiga tingkat
kematangan (o kematangan 0, Δ kematangan 2, +kematangan 4)
14
14
18
18
19
20
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
29
31
DAFTAR LAMPIRAN
1
Data hasil pengukuran sifat akustik gelombang ultrasonik buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
2 Data hasil pengukuran dan perhitungan sifat fisikokimia buah nanas
varietas Cayyene pada tiga tingkat kematangan
3 Karakteristik varietas nanas (Nakasone dan Paull, 1999)
4 Analisis diskriminan
37
39
42
43
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Nanas (Ananas comosus L. Merr) merupakan salah satu buah tropis
unggulan Indonesia yang diperdagangkan di pasar domestik maupun
internasional. Varietas yang banyak dibudidayakan adalah Cayenne dan Queen.
Standar nanas segar yang dibutuhkan oleh konsumen untuk dikonsumsi langsung,
cenderung mengutamakan kualitasnya. Sedangkan untuk perusahaan pengolahan
nanas, selain dari segi kualitas juga kuantitasnya. Kriteria umum dalam penilaian
mutu (kualitas) nanas adalah berdasarkan tingkat kematangan buah saat dipanen,
karena mutu buah sangat dipengaruhi oleh tingkat kematangan saat panen, selain
itu juga daya simpan dan kandungan kimia atau zat gizi ikut berpengaruh. Mutu
nanas yang dikehendaki berkaitan dengan ukuran atau dimensi buah, rasa daging
buah manis dengan rasa asam yang sedikit, kandungan air banyak sehingga nanas
akan lebih segar dan aroma khas nanas keluar yang menandakan kematangan.
Untuk menjaga kepuasan konsumen dan standar kualitas nanas segar yang
sesuai dengan kualifikasi yang telah ditetapkan, BSN (2009) telah menyusun
standar nasional (SNI 3166: 2009). Meskipun telah ada standar kualitas namun
para pelaku usaha tidak melaksanakannya secara baik dan konsisten. Evaluasi
mutu masih dilakukan secara subyektif berdasarkan warna, sehingga hasilnya
sangat beragam.
Oleh karena itu, perlu dikembangkan suatu sistem evaluasi mutu secara
nondestruktif nanas segar yang mampu melakukan pemeriksaan mutu bagian
dalam buah, salah satunya dengan metode ultrasonik. Metode ultrasonik menjadi
alternatif pilihan untuk menentukan mutu buah, karena mempunyai daya tembus
melebihi metode NIR (Near Infra Red) yang hanya mampu menembus kedalaman
5 mm dari permukaan buah, biaya investasi lebih murah, dan buah yang diperiksa
tidak berefek bagi kesehatan jika dikonsumsi dibanding teknik sinar X (Nasution
2006).
Penelitian ultrasonik untuk evaluasi mutu buah telah banyak dilakukan dan
telah berhasil diuji coba beberapa peneliti. Namun penelitian ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan buah nanas belum pernah dilakukan.
Perumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini, yaitu: (1) pemeriksaan mutu buah
nanas pada umumnya dilakukan secara visual dan manual, menghasilkan sortasi
yang tidak seragam dan tidak sesuai dengan mutu internal, (2) perubahan mutu
atau tingkat kematangan (kekerasan) diikuti dengan perubahan sifat fisikokimia
yang dapat dideteksi dengan ultrasonik.
2
Tujuan Penelitian
Oleh karena itu, penelitian ini untuk mengkaji metoda ultrasonik untuk
menentukan tingkat kematangan dan mutu internal nanas. Secara khusus
penelitian ini bertujuan (1) menentukan karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik (kecepatan, koefisien atenuasi) dan sifat fisikokimia nanas pada tiga
tingkat kematangan, (2) mengkaji hubungan karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik dengan sifat fisikokimia nanas pada tiga tingkat kematangan, dan (3)
mengelompokkan nenas berdasarkan tingkat kematangan menggunakan fungsi
diskriminan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi dan Morfologi Nanas
Nanas merupakan tanaman buah berupa semak yang memiliki nama ilmiah
Ananas comosus L. Merr) yang seringkali disebut sebagai raja dari segala buah
(The King of the Fruits), karena memiliki mahkota daun seperti mahkota raja.
Tanaman ini berasal dari Brazil dan Paraguay. Untuk Indonesia, pertama kali
ditemukan di Pulau Jawa tahun 1599. Nanas termasuk dalam divisio
spermatophyta, sub-divisio angiospermae, kelas monokotiledoneae, ordo farinosae,
dan termasuk dalam familia bromiliaceae.
Tanaman nanas termasuk famili Bromiliaceae, merupakan tanaman
monokotil yang bersifat merumpun (bertunas anakan), dengan panjang batang
yaitu 20-30 cm. Sedangkan tanaman nanas yang sudah dewasa memiliki panjang
batang 30-35 cm, dengan diameter batang 6.7-7.5 cm (Nakasone dan Paul, 1998).
Ditinjau dari segi morfologi, buah nanas merupakan kumpulan bakal buah yang
masing-masing menempel pada batang (Soedibyo, 1992). Buah yang tampak
merupakan gabungan dari buah-buah kecil yang berjumlah 100-200 buah yang
ditutupi daun-daun kecil (leafy bract), yang dihubungkan dengan hati buah yaitu
kelanjutan dari tangkai buah yang berserat. Buah umumnya mempunyai daging
yang tebal, tidak berbiji dan penuh kelopak yang berdaging. Bagian buah yang
dapat dimakan disebut rachis, yang menjadi besar dan tumbuh menjadi satu
dengan sel telur dari bunga (Rahmadianto 2001).
Berdasarkan habitus tanaman, terutama bentuk daun dan buah dikenal 4
jenis varietas/ golongan nanas, yaitu Cayenne, Queen, Spanyol/Spanish, dan
Abacaxi. Karakteristik dari masing varietas terdapat pada Lampiran 3.
Fisiologi Pascapanen Nanas
Winarno (2002) menjelaskan bahwa tahap-tahap fisiologis dari proses
pertumbuhan dan perkembangan buah dan sayur yaitu pembelahan sel,
pembesaran sel (pre-mature), pendewasaan sel (maturation), pematangan
(ripening), sanescene dan pembusukan (deterioration). Untuk nanas tahapan
tersebut dapat ditempuh dalam waktu 120 hari setelah pembungaan. Singleton dan
Gortner (1967) menambahkan, bahwa pembentukan buah pada nanas dapat
3
diartikan sebagai seluruh waktu yang diperlukan mulai dari pembentukan sel
jaringan pada bakal buah, perkembangan sel sampai terjadinya perubahan kimia
pada saat penyempurnaan bentuk morfologi buah. Pematangan dapat terjadi saat
terjadi proses pembesaran buah yang umumnya terjadi pada saat buah masih
menempel pada tanaman. Pemasakan umumnya terjadi saat pematangan terhenti
dimana buah telah mencapai pertumbuhan dan mutu maksimum, perubahan yang
terjadi pada tahap ini umumnya adalah perubahan kimia. Tahap selanjutnya
adalah perubahan kimia dari pemasakan yang mengakibatkan buah layu sehingga
disebut tahap pelayuan.
Ditinjau dari sifat fisiologisnya, buah nanas selepas panen masih melakukan
aktivitas metabolisme utamanya yaitu respirasi dan transpirasi yang dapat
menimbulkan perubahan-perubahan yang bersifat merugikan. Lebih lanjut
Winarno (2002) menjelaskan bahwa respirasi merupakan proses metabolisme
dengan cara menggunakan oksigen dalam pembakaran senyawa yang lebih
kompleks, seperti pati, gula, protein, lemak dan asam organik sehingga
menghasilkan molekul yang lebih sederhana yakni karbondioksida dan air serta
energi dan molekul lain yang dapat digunakan oleh sel untuk reaksi sintesa.
Kriteria Panen Terkait dengan Karakter Fisiko-Kimia Buah Nanas
Rahmadianto 2001 menyatakan bahwa untuk menentukan saat panen yang
tepat bagi buah nanas bergantung pada tujuan dan tuntutan penggunaan, seperti
untuk konsumsi langsung, sebaiknya buah nanas dipetik pada tingkat 25% warna
kulit buah sudah berwarna kuning. Untuk pemasaran lokal sebaiknya dipanen
setelah matang penuh, sedangkan untuk tujuan ekspor nanas segar sebaiknya
dipanen sebelum matang tapi telah cukup tua degan pertimbangan rasa dan aroma
buah nanas. Kriteria panen dari suatu produk harus dapat diterima dan mudah
dimengerti oleh petani selaku produsen dan pelaku-pelaku pascapanen.
Soedibyo 1992 menambahkan, buah nanas Subang yang berumur 18.5
minggu setelah pembungaan cocok untuk digunakan sebagai bahan baku industri.
Sedangkan nanas yang baik untuk konsumsi segar adalah nanas yang berumur 20
minggu setelah pembungaan. Persyaratan nanas untuk dikonsumsi segar adalah
nanas yang mempunya kandungan Total Padatan Terlarut (TSS) > 12%,
TSS/asam 21-27, berat jenis 0.98 – 1.02, dan asam 0.5 – 0.6%.
Menurut Pantastico et al. (1973) warna buah nanas dapat digunakan sebagai
penentu berbagai tingkat kematangan buah, untuk itu dibuatlah klasifikasi tingkat
kematangan buah nanas berdasarkan warna kulit buah yang terdiri dari 7 tingkatan.
Buah nanas dengan warna kulit seperti pada nomor 2, 3, dan 4 sebaiknya
dipanen baik untuk pengalengan maupun untuk pengapalan sebagai buah segar
setempat. Buah yang ranum (dengan warna kulit seperti pada nomor 6 dan 7)
mempunyai aroma yang menunjukkan bahwa buah sudah mulai mengalami
fermentasi dan memerlukan pengupasan yang tebal baik di dapur maupun di
pabrik. Buah nanas untuk pemasaran yang jauh data dipanen pada tingkat warna
kulit tersebut pada nomor 0. Untuk matang penuh buah demikian itu memerlukan
waktu 2-3 minggu (Pantastico 1973).
4
Tabel 1 Kriteria tingkat kematangan buah nanas (Pantastico et al. 1973)
Klasifikasi buah
Warna Kulit Buah Nanas
No.0
Semua mata hijau seluruhnya, tanpa tanda-tanda
kuning
No.1
≤ 20% mata jelas berwarna kuning
No.2
20% - 40% matanya jelas mulai berwarna kuning
No.3
55% - 65% dari mata-matanya jelas mulai
berwarna kuning
No.4
65% - 90% dari matanya berwarna kuning penuh
No.5
≤ 90% matanya berwarna kuning penuh, ≤ 20%
berwarna jingga kemerah-merahan
No.6
20% - 100% mata-matanya berwarna jingga
kemerah-merahan
No.7
Kulit berwarna pirang kemerah-merahan dan
memperlihatkan tanda-tanda pembusukan
Rahmadianto 2001 membagi tingkat kematangan buah nanas juga
berdasarkan perkembangan warna kulit buah. Buah nanas disebut tua apabila pada
kulit tidak terdapat warna kuning, apabila ⁄ bagian dari warna kulit berubah
menjadi kuning disebut setengah matang, apabila ⁄ sampai ⁄ bagian warna
kulit buah telah berubah menjadi kuning maka buah tersebut telah matang.
5
Kualitas Buah Nanas
Komponen kualitas buah meliputi penampakan, tekstur, rasa, nilai gizi, dan
keamanan. Penampakan mencakup ukuran (besar, bobot), bentuk (diameter,
keseragaman), intensitas dan keseragaman warna, kilap, kerusakan eksternal dan
internal. Tekstur meliputi kekerasan, kelembutan, sukulensi, flavour dan mineral.
Standar kualitas buah nanas untuk konsumsi meliputi kematangan, kekerasan,
keseragaman ukuran dan bentuk - bentuk, bebas dari kerusakan, kelayuan, memar,
dan keretakan.
Kandungan gizi, vitamin dan mineral dalam 100 g buah nanas sebagai
berikut: air 86 g, kalori 218 kj, protein 0.5 g, lemak 0.2 g, karbohidrat 13.5 g, serat
0.5 g, dan abu 0.3 g. Kandungan mineralnya sebagai berikut: kalsium 18 mg, besi
0.3 mg, magnesium 12 mg, pospor 12 mg, kalium 98 mg dan Na 1 mg.
Kandungan vitamin sebagai berikut: asam askorbat 10 mg, thiamin 0.09 mg,
riboflavin 0.04 mg, niacin 0.24 mg dan vitamin A 5.3 IU (Nakasone dan Paull,
1999).
Selama proses pematangan, buah nanas mengalami peningkatan bobot kotor
maupun bersih, total padatan terlarut pada daging buah, peningkatan jumlah asamasam dan penurunan kandungan air. Penampakan dari luar yaitu terjadinya
perubahan warna dimana klorofil terdegradasi dan meningkatnya pigmen karoten.
Menurut Soedibyo (1992) kandungan air menurun sejalan dengan penurunan
umur panen dan terjadinya peningkatan kandungan gula sebagai salah satu bagian
padatan terlarut total.
Padatan terlarut total pada buah nanas didominasi oleh kandungan gula dan
asam. Rasa pada buah nanas merupakan perpaduan antara gula dan asam. Gula
yang terkandung dalam nanas yaitu glukosa 2.32%, fruktosa 1.42%, dan sukrosa
7.89%. Asam -asam yang terkandung dalam buah nanas adalah asam sitrat, asam
malat, dan asam oksalat. Jenis asam yang paling dominan yakni asam sitrat 78%
dari total asam. Keasaman buah dapat diukur dengan mengukur pH ekstrak buah
atau dengan metode asam tertitrasi (Rahmadianto 2001).
Gelombang Ultrasonik
Gelombang terjadi apabila adanya suatu gangguan pada kesetimbangan
dalam suatu sistem dan gelombang tersebut dapat merambat melalui suatu
medium dimana setelah gangguan ini lewat keadaan medium akan kembali ke
keadaan semula seperti sebelum gangguan itu datang. Gelombang seperti ini
dinamakan gelombang mekanik seperti gelombang bunyi. Secara umum
gelombang dibagi menjadi dua kategori yaitu gelombang mekanik dan gelombang
elektromagnetik. Gelombang mekanik memerlukan suatu medium untuk
merambat sedangkan gelombang yang tidak memerlukan medium untuk
merambat disebut gelombang elektromagnetik. Contoh gelombang mekanik
adalah gelombang pada tali dan gelombang akustik sedangkan contoh gelombang
elektromagnetik adalah seperti gelombang radio, radiasi inframerah, sinar-X dan
yang lainnya. Gelombang elektromagnetik dapat berjalan melalui ruang hampa.
Ada dua jenis gelombang yaitu gelombang transversal dan gelombang
longitudinal. Gelombang transversal terjadi apabila pergeseran medium tegak
lurus terhadap arah perjalanan gelombang sedangkan gelombang longitudinal
6
terjadi apabila gerakan partikel pada medium adalah gerakan bolak-balik
sepanjang arah yang sama dengan arah perjalanan gelombang. Gelombang
memiliki beberapa sifat seperti dapat berinteraksi dengan dengan benda, jika
gelombang datang pada sebuah benda maka gelombang tersebut dapat diabsorbs,
direfleksikan, ditransmisikan atau direfraksikan.
Gelombang akustik seperti bunyi merupakan salah satu gelombang mekanik
yang dapat merambat baik di dalam fluida maupun di dalam padatan. Di dalam
fluida gelombangnya merupakan longitudinal sedangkan dalam padatan
gelombangnya dapat berupa gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
Gelombang sinusoidal adalah jenis gelombang bunyi yang memiliki frekuensi,
amplitudo dan panjang gelombang tertentu.
Manusia memiliki batas pendengaran pada frekuensi tertentu yaitu sekitar
20-20.000 Hz yang disebut dengan gelombang audiosonik. Frekuensi tersebut
disebut audible range atau jangkauan yang dapat didengar oleh manusia. Selain
itu ada juga yang disebut dengan gelombang ultrasonik yaitu gelombang dengan
frekuensi di atas jangkauan dengar manusia (di atas 20 kHz) seperti magnet listrik,
getaran Kristal piezo elektrik dan gelombang infrasonik dengan frekuensi
gelombang di bawah jangkauan dengar manusia (dibawah 20 Hz) seperti getaran
gempa,dan tanah longsor. Gelombang bunyi berjalan ke semua arah dari sumber
bunyi dengan amplitudo tergantung pada arah dan jarak dari sumber.
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik sehingga dalam
perambatannya membutuhkan medium perantara. Gelombang ultrasonik tidak
dapat merambat pada ruang hampa sehingga proses transmisi pada ruang hampa
tidak pernah terjadi. Perambatan gelombang ultrasonik merupakan perambatan
dari gelombang tekanan.
Gelombang ultrasonik memiliki prinsip yang sama dengan gelombang
mekanik lainnya sehingga proses pembiasan, pemantulan, polarisasi atau yang
lainnya tetap terjadi. Proses pemantulan dan pembiasan pada gelombang
ultarsonik bisa terjadi bila melewati medium yang indeks biasnya berbeda. Pada
proses tersebut akan terjadi pengurangan intensitas gelombang yang menandakan
adanya pengurangan energi dari gelombang tersebut. Ditinjau dari sudutnya,
pembiasan memiliki sudut bias 00 sampai 900 sementara pemantulan memiliki
sudut bias 900 sampai 1800 atau sudut pantul sebesar 00 sampai 900. Pemantulan
dan pembiasan yang kompleks akan terjadi pada medium fluida, hal ini terjadi
karena pada medium padat gelombang yang terjadi bukan saja gelombang
longitudinal tapi ada kemungkinan terdapat juga gelombang transversal.
Selain proses pembiasan dan proses pemantulan, proses lainnya adalah
proses penyerapan atau absorpsi. Proses penyerapan pada gelombang sering
terjadi pada medium padat yang ditandai dengan adanya penurunan amplitudo
gelombang. Besaran yang menyatakan konstanta absorpsi dikenal dengan
koefisien absorpsi. Koefisien absorpsi dipengaruhi oleh konsentrasi medium yang
dilalui gelombang tersebut. Besarnya penyerapan yang terjadi tergantung pada
karakteristik fisik dari medium yang dilaluinya.
Blitz (1971) menyatakan bahwa dalam proses perambatannnya dalam
medium, intensitas gelombang ultrasonik berkurang terhadap jarak yang ditempuh.
Pengurangan intensitas terjadi karena adanya penyerapan energi oleh medium.
Besarnya penyerapan energi dinyatakan dalam koefisien absorpsi atau koefisien
atenuasi.
7
Penerapan gelombang ultrasonik adalah dengan mengamati sifat akustik
gelombang ultrasonik yang merambat dalam suatu medium. Sifat yang diukur
meliputi kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi atau koefisien penyerapan
energi. Untuk pengukuran bahan pertanian biasanya digunakan gelombang dengan
intensitas yang rendah sekitar 1-10 MHz sehingga tidak merusak bahan pertanian
tersebut. Gooberman (1968) menyatakan gelombang ultrasonik akan merambat
lebih baik pada medium padat dibandingkan pada medium cair atau gas.
Rejo (2002) menyatakan bahwa sifat gelombang ultrasonik sangat banyak,
namun sifat akustik yang dapat menentukan sifat fisiko-kimia bahan pertanian
yaitu kecepatan gelombang dan koefisiean atenuasi. Hal ini dikarenakan kedua
sifat tersebut tergantung pada sifat atau keadaan dari medium yang dilaluinya.
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik sehingga membutuhkan
medium dalam perambatannya, dimana medium perantara gelombang ultrasonik
berupa padatan, cairan, gas, dan semi padat-cair.
Koefisien atenuasi
Koefisien atenuasi (α) merupakan besaran yang menggambarkan besarnya
energi yang hilang atau diabsorbsi karena gelombang ultrasonik melewati medium
tertentu karena ada peristiwa refleksi dan transmisi gelombang. Besarnya energi
yang hilang tergantung pada jenis medium yang dilaluinya sehingga analisis
gelombang berdasarkan peristiwa absorbsi dapat menghasilkan informasi sifatsifat bahan, seperti densitas, elastisitas, dan viskositas. Pada buah-buahan berbiji
misalnya pada mangga, penggunaan prinsip koefisien atenuasi diterapkan dalam
pengukuran gelombang ultrasonik karena terlihat jelas menggambarkan hubungan
antara koefisien atenuasi dengan keadaan buah daripada menggunakan prinsip
kecepatan gelombang (Mizrach et al., 1997).
Koefisien atenuasi merupakan perbandingan antara intensitas awal pada
jarak x di dalam medium (Ix) dan intensitas mula-mula yaitu sebelum memasuki
medium (I0) menurut Persamaan 1 (Cracknell 1980).
1
��
��
�� = − ln
��
�� = −
�
�0
..................................................(1)
Intensitas yang dimiliki gelombang ultrasonik berbanding lurus dengan
amplitudo tegangan sinyal listrik yang dideteksi. Oleh karena itu, ukuran
atenuasipun biasa dinyatakan dalam bentuk perbandingan tekanan amplitudo
setelah melewati jarak x di dalam suatu medium (Ax) dan sebelum memasuki
medium (A0) seperti pada Persamaan 2. Dimana αI = 2 αp.
�
�
.................................................(2)
Satuan koefisien atenuasi dalam hal ini adalah Neper per meter. Satuan lain
dari koefisien atenuasi adalah desibel. Sehingga ada kesetaraan antara satuan
Neper per meter dengan desibel, yaitu 1 Neper = 8.686 dB.
Perhitungan koefisien atenuasi pada peneltian ini dilakukan dengan
beberapa langkah yaitu data hasil keluaran oscilloscope disimpan dalam excel
yang merupakan data amplitudo dan waktu. Data tersebut diubah menjadi grafik
8
gelombang dan dicatat nilai maksimum dan nilai minimum gelombang. Untuk
data jarak (x) antara transmitter dan receiver digunakan data diameter buah yang
diukur. Pengukuran atenuasi dilakukan dengan melihat penurunan amplitudo dari
gelombang ultrasonik setelah melewati nanas (Ax). Amplitudo dapat dilihat
sebagai fungsi dari jarak yang ditempuh. Penghitungan atenuasi dilakukan dengan
menggunakan Persamaan 2.
Kecepatan gelombang
Kecepatan gelombang (Vb) pada medium padat merupakan fungsi rapat
massa (ρ), modulus Young (E), dan Perbandingan Poisson (υ). Garret et al (1992)
mengukur kecepatan gelombang dalam apel dengan menurunkan Persamaan 3.
E
Vb =√ ..............................................................(3)
ρ
Menurut Gooberman (1968), besarnya kecepatan longitudinal (VL)
tergantung pada rapat massa, modulus Young, dan rasio Poisson seperti pada
Persamaan 4.
VL = √
E (1-υ)
................................................(4)
ρ (1+υ)(1-2υ)
Penghitungan kecepatan gelombang ultrasonik (CL) pada penelitian ini
dilakukan dengan mencari waktu tempuh (t). Waktu tempuh dapat dihitung
dengan mengetahui selisih pulsa listrik dari transmitter dan receiver. Waktu
tempuh diperoleh ketika gelombang ditembakkan oleh transmitter hingga
memasuki buah. Setelah waktu tempuh diperoleh, kecepatan gelombang dapat
dihitung dengan mengetahui dimensi buah (L) atau jarak transmitter ke receiver
ketika dilewati gelombang ultrasonik. Penghitungan kecepatan gelombang
ultrasonik dilakukan dengan menggunakan Persamaan 5.
�� =
�
��
............................................................(5)
Pengukuran nilai kecepatan gelombang ultrasonik di udara dilakukan
dengan mengkalibrasi nilai kecepatan gelombang yang sebenarnya sehingga
diperoleh nilai konstanta (c). Nilai kecepatan gelombang ultrasonik di udara
adalah 340 m/s. Dengan adanya nilai konstanta (c) maka bisa dihitung nilai
kecepatan gelombang ultrasonik pada nanas (V) dengan Persamaan 6.
� = CL × �........................................................(6)
Transduser Ultrasonik
. Transduser adalah suatu alat yang mengubah suatu energi ke dalam bentuk
energi lainnya. Transduser ultrasonik mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik dalam bentuk suara dan sebaliknya, transduser ultrasonik juga dapat
mengubah energi mekanik seperti suara menjadi energi listrik. Transduser akan
9
mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz. Besarnya
gelombang ultrasonik yang dapat dibangkitkan tergantung pada jenis
transdusernya. Sebagai contoh transduser 40 kHz akan membangkitkan
gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz. Transduser akan aktif jika diberi
sinyal sebesar 40 kHz . Pada penelitian ini digunakan gelombang ultrasonik
dengan frekuensi sebesar 50 kHz, hal tersebut dikarenakan transduser yang
digunakan adalah t ransduser dengan frekuensi 50 kHz.. Transduser terdiri dari
dua jenis yaitu transduser pengirim (transmitter) Tx dan transduser penerima
(receiver) Rx.
Transduser ultrasonik terbuat dari material piezoelectric yaitu terbuat dari
bahan quartz (SiO3) dan Barium titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan
medan listrik pada saat material berubah bentuk atau dimensinya sebagai akibat
dari gaya mekanik. Hal tersebut sering disebut efek piezoelektrik.
Bahan piezoelektik yang digunakan pada transduser ultrasonik mengubah
sinyal listrik menjadi getaran mekanik dan mengubah kembali getaran mekanik
menjadi energi istrik. Elemen aktif dari transduser adalah inti transduser yang
mengubah energi listrik menjadi energi suara dan sebaliknya mengubah energi
suara menjadi energi listrik. Elemen aktif pada transduser biasanya adalah sebuah
material terpolarisasi. Material terpolarisasi adalah beberapa bagian molekul
bermuatan positif dan sebagian lagi bermuatan negatif dengan elektroda yang
menempel pada dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati
material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik
sehingga menghasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul. Penyesuaian
molekul akan menyebabkan perubahan dimensi pada material.
Komponen utama pada transduser ultrasonik adalah elemen aktif, backing,
dan wear plate. Elemen aktif terbuat dari bahan piezo atau ferroelectric yang
mengubah energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa menjadi energi
ultrasonik. Backing mempunyai penguatan yang tinggi. Material yang mempunyai
kerapatan yang sangat tinggi digunakan untuk mengontrol getaran dari transduser
dengan menyerap radiasi energi dari bagian belakang elemen. Wear plate
berfungsi untuk melindungi bagian elemen aktif serta sebagai medium yang
kontak langsung dengan material yang akan diuji.
Penelitian Ultrasonik pada Komoditas Pertanian
Penelitian ultrasonik untuk evaluasi mutu buah telah banyak dilakukan.
Beberapa penelitian mengkaji gelombang ultrasonik dalam penentuan tingkat
kematangan buah, deteksi adanya lalat buah dan banyak penelitian lainnya.
Teknik menggunakan gelombang ultrasonik telah berhasil diuji coba oleh Garret
dan Furry (1992) bahwa pada buah yang tidak berbiji seperti apel dapat ditentukan
sifatnya dengan mengukur kecepatan gelombangnya. Sedangkan pada buahbuahan berbiji seperti mangga, biasanya tidak ada hubungan yang jelas antara
keadaan buah dengan kecepatan sehingga perlu dilakukan pengukuran
atenuasinya (Mizrach et al., 1997). Galili et al. (1993) untuk menentukan
kematangan alpukat dan Mizrach et al. (1989) juga telah mengujinya pada
beberapa sayuran dan buah subtropika.
Di Indonesia, aplikasi gelombang ultrasonik telah dilakukan pada beberapa
penelitian bidang pertanian, yaitu Trisnobudi (1998) melaporkan hasil pengukuran
10
kecepatan longitudinal pada tomat yang dihubungkan dengan tingkat
kematangannya. Modulus Young dan perbandingan Poisson adalah modulus
elastis yang merupakan sifat kekenyalan yang akan menentukan kekerasan buah.
Sedangkan kekerasan buah merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan
untuk menentukan kematangannya.
Budiastra et al. (1998) juga melakukan pengujian pada mutu buah-buahan
tropik (manggis utuh dan durian utuh) dengan beberapa frekuensi yang terpancar
dari transduser yaitu 1 MHz, 500 KHz, dan 50 KHz. Penelitian menunjukkan
bahwa pada frekuensi lebih besar dari 50 KHz dapat digunakan untuk menentukan
sifat gelombang ultrasonik buah manggis.
Selanjutnya Rejo et al. (2002) melakukan penelitian dengan menggunakan
durian untuk menentukan kematangan buah dengan bantuan neural network dan
hasil penelitian sifat karakteristik durian menujukkan bahwa sifat fisiko-kimia
durian seperti masa jenis, kekerasan dan sifat akustik mengalami penurunan
dengan meningkatnya ketuaan dan kematangan buah durian. Sedangkan total
padatan terlarut, kadar air, dan total gula mengalami peningkatan dengan
meningkatnya ketuaan dan kematangan buah durian. Namun total asam
mengalami peningkatan sampai durian matang dan kemudian menurun hingga
lewat matang.
Haryanto (2002) melaporkan bahwa sifat akustik dapat membedakan tingkat
ketuaan durian. Frekuensi gelombang ultrasonik yang digunakan sebesar 50 KHz.
Dari penelitian disimpulkan bahwa sifat akustik yaitu kecepatan gelombang dan
atenuasi dapat digunakan untuk membedakan antara durian muda dan durian tua,
dan dari beberapa parameter ternyata sifat akustik berhubungan lebih erat dengan
tingkat kekerasan. Atenuasi yang diperoleh sebesar 3.1 – 5.2 dB/mm sedangkan
kecepatan gelombangnya 501 – 422 m/s. Zerro Moment Power (Mo) akan
menurun sejalan dengan bertambahnya kematangan dan rusaknya buah durian.
Juansah (2006) membuat rancang bangun sistem pengukuran gelombang
ultrasonik untuk penetuan mutu manggis. Frekuensi gelombang ultrasonik yang
digunakan sebesar 50 KHz. Dari hasil penelitian disimpulkan pengukuran sifat
akustik terutama kecepatan dan atenuasi memiliki kontribusi yang sejalan.
Meningkatnya kekerasan buah menyebabkan semakin rendahnya kecepatan
gelombang ultrasonik, sedangkan peningkatan total padatan terlarut sejalan
dengan peningkatan kecepatan gelombang. Kecepatan gelombang yang diperoleh
sebesar 1125 – 1350 m/s. Buah manggis yang telah matang memiliki kekerasan
yang rendah, total padatan terlarut yang tinggi dan atenuasi yang rendah. Atenuasi
yang diperoleh sebesar 1.04 - 1.13dB/m.
Nasution (2006) melakukan pengembangan sistem evaluasi manggis dengan
gelombang ultrasonik. Sistem pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik
pada manggis dirakit untuk menentukan tingkat ketuaan dan total gula pada
frekuensi 50 kHz, sedangkan time base yang sesuai untuk berbagai tingkat
ketuaan dan kematangan buah manggis adalah 400μs/div. Berdasarkan hasil
penelitian diketahui bahwa kecepatan rambat gelombang memiliki hubungan
korelasi dengan sifat fisik berupa tingkat kekerasan dan sifat kimia buah yang
meliputi total gula dan total padatan terlarut. kecepatan menurun dengan
bertambahnya tingkat ketuaan maupun total padatan terlarut.
Djamila (2010) berhasil menggunakan metode ultrasonik untuk pengukuran
buah naga merah super pada aspek mutu fisiko-kimianya. Frekuensi gelombang
11
ultrasonik yang digunakan sebesar 50 KHz. Hasilnya yaitu kecepatan gelombang
berkorelasi positif dengan kekerasan dan total asam sedangkan untuk total gula
berkorelasi negatif. Bila dilihat dari umur panen maka kecepatan gelombang
ultrasonik akan menurun dengan meningkatnya umur panen sementara itu
koefisien atenuasi ikut meningkat. Atenuasi yang diperoleh sebesar 501.27 –
540.44 dB/m sedangkan kecepatan gelombangnya 614-680 m/s.
Analisis Diskriminan
Analisis diskriminan merupakan teknik multivariat yang berkaitan dengan
pemisahan objek dalam kelompok yang berbeda dan mengalokasikan objek
tersebut ke dalam suatu kelompok yang telah ditetapkan sebelumnya (Kurniasari
et al. 2014). Pengelompokan dengan analisis diskriminan ini terjadi karena
adapengaruh satu atau lebih variabel lain yang merupakan variabel independen.
Kombinasi linier dari variabel-variabel ini akan membentuk suatu
fungsidiskriminan (Hair et al. 1998). Analisis diskriminan bertujuan
mengklasifikasikan suatu individu atau observasi ke dalam kelompok yang
salingbebas dan menyeluruh berdasarkan sejumlah variabel penjelas (Mattjik dan
Sumertajaya 2011). Ada dua asumsi utama yang harus dipenuhi pada analisis
diskriminan ini,yaitu: (1) Sejumlah pvariabel penjelas harus terdistribusi normal
multivariat, (2) Matriks varian-kovarian variabel penjelas berukuran p x ppada
keduakelompok harus sama.
Model dasar analisis diskriminan dilambangkan dengan d. Model
analisisdiskriminan merupakan sebuah persamaan yang menunjukkan suatu
kombinasi linier dari berbagai variabel independen yang ditunjukkan pada
Persamaan 7.
d = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + …… + bnxn
dimana:
(7)
d= skor diskriminan
b = koefisien diskriminan atau bobot (0, 1, 2, ..., n)
x= prediktor atau variabel independen (1, 2, 3, ..., n)
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil
Pertanian (TPPHP) Departemen TMB Fateta IPB. Penelitian ini dilakukan selama
6 bulan dari Desember 2014 hingga Juni 2015.
Bahan
Bahan utama yang digunakan adalah nanas varietas Cayyene yang berasal
dari kebun petani di Jalan Cagak Kabupaten Subang Jawa Barat. Buah dipetik dari
kebun yang sama, pada tiga tingkat kematangan, yaitu tingkat kematangan ke-0
12
dengan ciri warna kulit hijau seluruhnya tanpa tanda-tanda kuning, ke-2 dengan
ciri 50% - 60% warna kulit jelas mulai berwarna kuning, dan kematangan ke-4
dengan ciri seluruh warna kulit kuning merata menurut persepsi petani. Masingmasing tingkat kematangan menggunakan 35 sampel, dengan total sampel 105
buah. Beberapa bahan kimia juga digunakan dalam penelitian ini, seperti aquadest,
larutan NaOH 0.1 N, dan indikator PP (phenolphthalein). Selain itu juga
digunakan air untuk pengukuran densitas buah.
Alat
Alat yang digunakan, yaitu alat uji ultrasonik rancangan Budiastra et al.
(1998), terdiri atas transduser pemancar (transmitter) dan transduser penerima
(receiver) gelombang ultrasonik berujung lancip tipe Krautkramer Ko 5S 56126568 dengan frekuensi 50 kHz dengan bahan piezoelektrik, dudukan sampel,
digital oscilloscope tipe ETC M621, ultrasonik tester, dan personal computer.
Transduser yang digunakan berbentuk silinder berujung kerucut, dengan diameter
2.95 cm dan panjang 7.5 cm. Pengukuran sifat fisikokimia menggunakan portable
digital refractometer Atago PR 201 (AOAC 1994), rheometer model CR 300 DXL, pisau, jangka sorong, timbangan digital merek Mettler, set alat titrasi uji total
asam (AOAC 1995), erlenmeyer, tabung reaksi, dan bejana (wadah).
.
Prosedur Penelitian
Pada penelitian penentuan tingkat kematangan buah nanas segar dengan
menggunakan gelombang ultrasonik dilakukan dalam beberapa tahap yaitu 1)
persiapan sampel penelitian, 2) pengukuran karakteristik transmisi gelombang
ultrasonik (kecepatan gelombang dan koefisien atenuasi) pada nanas dengan tiga
tingkat kematangan yang berbeda, 3) pengukuran sifat fisikokimia (densitas,
kekerasan, total padatan terlarut, dan total asam) buah nanas pada tiga tingkat
kematangan berbeda, 4) pengolahan dan analisis data, 5) pengelompokkan buah
nanas berdasarkan karakteristik transmisi gelombang ultrasonik.
Persiapan Sampel Penelitian
Buah nanas dipanen dengan selang 2 minggu pada setiap tingkat
kematangannya. Pemanenan pertama pada tingkat kematangan pertama, dua
minggu kemudian pemanenan pada tingkat kematangan kedua, dan pemanenan
terakhir pada buah nanas kematangan ketiga. Setelah dipanen, selanjutnya
dilakukan sortasi untuk memisahkan buah cacat dan buah yang utuh. Kemudian
buah dibersihkan dari kotoran dan bagian yang tidak digunakan, dapat berupa
tanah, batang yang panjang maupun kotoran yang menempel pada permukaan
buah. Dari kebun petani, buah dikemas dengan posisi berdiri atau vertikal dengan
mahkota di atas kemudian buah nanas ditransportasikan menuju Lab. TPPHP dan
dilakukan pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik dan sifat fisikokimia.
Pengukuran Karakteristik Transmisi Gelombang Ultrasonik
Pada tahap ini dilakukan pengukuran kecepatan gelombang ultrasonik dan
koefisien atenuasi pada kondisi tidak ada buah nanas dan pada buah nanas utuh.
Pada pengukuran dengan kondisi tidak ada buah nanas, menggunakan medium
13
udara. Pada pengukuran dalam medium udara ditinjau profil penjalaran amplitudo
gelombang ultrasonik sebagai fungsi jarak. Nilai kecepatan dan koefisien atenuasi
gelombang ultrasonik pada medium udara digunakan sebagai bahan analisis dalam
pengolahan data selanjutnya. Sedangkan pengukuran dengan kondisi terdapat
buah nanas, transduser langsung menyentuh bagian permukaan kulit buah.
Pengukuran karakteristik gelombang ultrasonik, dilakukan dengan cara
menyalakan oscilloscope dan ultrasonic tester. Nanas yang telah dibersihkan
diletakkan pada dudukan buah. Gelombang ultrasonik ditransmisikan ke buah
pada bagian pangkal, tengah, dan ujung buah, dilakukan dua kali. Untuk
mengetahui dimensi panjang buah maka di bawah dudukan buah diletakkan mistar.
Dari ultrasonik tester signal gelombang ultrasonik dikuatkan dan dikirim
yang menuju ke transmitter. Pada transmitter energi listrik dari gelombang
ultrasonik diubah menjadi getaran mekanik dalam bentuk energi suara.
Transmitter akan membangkitkan dan mengeluarkan signal gelombang ultrasonik
dengan frekuensi 50 KHz, kemudian energi akan ditransmisikan melalui daging
buah. Energi yang telah melewati daging buah kemudian akan diterima oleh
receiver. Receiver berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik
yang kemudian diteruskan menuju ultrasonik tester. Pada ultrasonik tester, energi
dari gelombang ultrasonik dikuatkan kembali, kemudian diteruskan menuju
digital oscilloscope. Oscilloscope berfungsi mengubah data analog menjadi data
digital yang kemudian akan ditampilkan pada layar komputer. Data yang
didapatkan dan ditampilkan berupa data amplitudo dan waktu dalam bentuk
microsoft excell, yang kemudian digunakan untuk perhitungan data kecepatan
gelombang dan atenuasi. Pengaturan digital oscilloscope selama pengambilan data
sweep yang digunakan 1 : 8, data sampel setiap pengukuran sebanyak 4096, time
base 800 μs/ div, dengan sampling rate yang digunakan untuk pengukuran sebesar
512 kHz. Setelah pengukuran karakteristik transmisi gelombang ultrasonik,
dilakukan pengukuran sifat fisikokimia.
14
Mulai
Buah Nanas
Pengukuran
gelombang
ultrasonik
Kecepatan
(v)
dan atenuasi (α)
Berat dan volume
Data densitas
Kekerasan
Data
kekerasan
Total padatan
terlarut (TPT)
Data TPT
Total asam (TA)
Data TA
Hubungan antar
parameter
Pendugaan sifat fisikokimia buah nanas
Seles
ai
Gambar 1 Diagram alir proses penelitian
Gambar 2 Blok diagram alat pengukuran gelombang ultrasonik
15
Perhitungan kecepatan gelombang ultrasonik
Penghitungan kecepatan gelombang ultrasonik dilakukan dengan mencari
waktu tempuh. Waktu tempuh dapat dihitung dengan mengetahui selisih pulsa
listrik dari rangkaian pengirim dan rangkaian penerima. Waktu tempuh diperoleh
ketika gelombang ditransmisikan oleh transmitter hingga memasuki buah. Setelah
waktu tempuh diperoleh, kecepatan gelombang dapat dihitung dengan mengetahui
dimensi buah atau jarak transmitter ke receiver ketika dilewati gelombang
ultrasonik.
Pengukuran koefisien atenuasi
Koefisien atenuasi (α) merupakan besaran yang menggambarkan energi
yang hilang atau diabsorbsi karena gelombang ultrasonik melewati medium
tertentu karena ada refleksi dan transmisi gelombang. Perhitungan koefisien
atenuasi dilakukan dengan beberapa langkah yaitu data hasil keluaran oscilloscope
diubah menjadi grafik gelombang dan dicatat nilai maksimum dan nilai minimum
gelombang. Untuk data jarak antara transmitter dan receiver digunakan data
diameter buah yang diukur. Pengukuran atenuasi dilakukan dengan melihat
penurunan amplitudo dari gelombang ultrasonik setelah melewati nanas.
Pengukuran sifat fisikokimia
Nanas yang masih utuh setelah dilakukan pengukuran karakteristik
transmisi gelombang ultrasonik, selanjutnya diukur sifat fisikokimianya
(kekerasan, densitas, total padatan terlarut, dan total asam). Masing-masing
pengukuran dijelaskan sebagai berikut.
Kekerasan
Perhitungan kekerasan buah nanas diukur menggunakan alat rheometer.
Alat disetting pada kondisi mode: 20; R/H (hold): 10.00 mm; P/T (Press): 60
mm