Determination of Chilling Injury Symptoms in Starfruit Using Near Infrared Spectroscopy

PENENTUAN GEJALA CHILLING INJURY BUAH BELIMBING
(Averrhoa carambola L.) DENGAN NEAR INFRARED
SPECTROSCOPY

ADIAN RINDANG

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Penentuan Gejala Chilling Injury
Buah Belimbing (Averrhoa carambola L.) dengan Near Infrared Spectroscopy
adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apapun 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.

Bogor, November 2011

Adian Rindang
NRP F151090101

ABSTRACT
ADIAN RINDANG. Determination of Chilling Injury Symptoms in Starfruit
(Averrhoa carambola L.) Using Near Infrared Spectroscopy. Under supervision of Y.
ARIS PURWANTO and SUTRISNO.
Cold storage is an effective method to extend the self life and assuring quality product
of horticulture such us starfruit. However, cold storage may cause chilling injury that will be
lead to deterioration of product quality. Method for determination of chilling injury
symptoms in starfruit has been developed using NIR absorbance spectra and two models of
multivarians analysis i.e. Partial Least Squares (PLS) and Artificial Neural Network (ANN).
PLS and ANN models were built from 63 pH values extracted from starfruit stored at 5oC
(chilling temperature) for 30 days. PLS model resulted r, RMSEC, RMSEP and cv were
0.6115, 0.1456, 0.1632 and 4.43%, while ANN model were 0.5207, 0.1589, 0.1911, 5.24%
respectively. PLS showed better results than that of ANN. PLS, then was used to predict the
pH value from absorbance NIR spectra of 10 monitoring starfruit, which was stored at 5 oC
for 30 days. Results of pH prediction were used to determine the slope of ion leakage by

equation Y = 0.0406x - 0.037 (where y is predictive of IL and x is pH value). The results
showed that the highest of slope IL occured at days 6, the same result as obtained through
destructive method at days 6, the result demonstrates that chilling injury may be determined
using NIR absorbance spectra and PLS model.
Keywords: Starfruit, chilling injury, ion leakage, NIR spectroscopy, PLS, ANN.

RINGKASAN
ADIAN RINDANG. Penentuan Gejala Chilling Injury Buah Belimbing (Averrhoa
carambola L.) dengan Near Infrared Spectroscopy. Dibimbing oleh Y. ARIS
PURWANTO dan SUTRISNO
Belimbing manis (Averrhoa carambola L.) merupakan salah satu komoditas
hortikultura yang berpotensi besar untuk dikembangkan secara komersil. Buah
belimbing sangat sensitif dan mudah terluka, apabila tidak dilakukan penanganan
yang tepat akan menurunkan mutunya sehingga fleksibilitasnya di pasaran menjadi
sangat terbatas. Usaha yang dilakukan untuk mempertahankan mutunya adalah
dengan menerapkan metode penyimpanan dingin. Namun, dengan diterapkannya
metode ini masalah kerusakan buah akibat chilling injury tidak dapat dihindarkan.
Kerusakan ini sering tidak tampak dari luar buah selama buah masih berada dalam
ruang pendingin, tetapi jika diamati melalui parameter internal seperti ion leakage
sebenarnya sudah terjadi perubahan yang signifikan pada buah dan parameter ini

dapat dijadikan acuan untuk mendeteksi gejala chilling injury. Pengukuran parameter
ini bersifat destruktif, memerlukan banyak waktu dan sejumlah sampel. Untuk
memecahkan permasalahan tersebut dilakukan suatu kajian untuk menentukan gejala
chilling injury pada buah belimbing dengan menggunakan metode non destruktif
yaitu Near Infrared (NIR). Secara khusus, penelitian ini bertujuan untuk: 1)
menganalisis pola spektra NIR buah belimbing yang disimpan pada suhu 5oC, 2)
mengembangkan model kalibrasi spektra NIR untuk memprediksi pH buah
belimbing selama penyimpanan 5oC dengan menggunakan metode PLS dan JST, 3)
memprediksi gejala chilling injury buah belimbing berdasarkan nilai slope ion
leakage selama penyimpanan 5oC menggunakan spektra NIR, 4) menentukan
perubahan parameter mutu buah belimbing (pH, kekerasan, total padatan terlarut dan
susut bobot) selama penyimpanan pada suhu 5, 10oC dan suhu ruang.
Penelitian ini dilakukan terhadap buah belimbing yang disimpan pada suhu
5 oC, 10oC dan suhu ruang. Penyimpanan pada suhu 5oC digunakan sebagai suhu
penyebab chilling injury. Penelitian ini dilakukan dua tahap. Tahap pertama
bertujuan untuk membangun model kalibrasi dan validasi spektra NIR untuk
memprediksi pH buah belimbing dan menentukan persamaan regresi pH terhadap
slope ion leakage berdasarkan data destruktif. Sementara tahap kedua bertujuan
untuk memprediksi nilai slope ion leakage buah belimbing dari data spektra NIR
(secara non destruktif). Dalam membangun model kalibrasi dan validasi pada tahap

pertama digunakan sebanyak 63 sampel buah belimbing yang disimpan pada suhu
5oC. Pengambilan data spektra NIR dilakukan pada hari ke-0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 dan 30 penyimpanan, dan setelah itu diikuti
dengan pengambilan data ion leakage, pH dan data parameter mutu seperti
kekerasan, total padatan terlarut dan susut bobot. Pada tahap kedua penelitian
digunakan 10 buah sampel monitoring, dimana suhu dan waktu pengambilan data
spektra sama seperti pada tahap pertama. Model kalibrasi dan validasi NIR
dikembangkan dengan metode PLS dan JST.
Penentuan gejala chilling injury dilakukan dengan cara mengukur total
persentase ion leakage dari potongan sampel buah belimbing, karena untuk
menentukan gejala chilling injury parameter yang digunakan adalah laju perubahan
ion leakage maka dilakukan pendekatan dengan menggunakan kemiringan (slope)
dari nilai total persentase ion leakage tiap menitnya. Nilai slope tersebut didapatkan

dari persamaan garis lurus Y = ax + b, dengan nilai a merupakan slope dari garis
lurus yang terbentuk dan nilai a tersebut dijadikan laju perubahan ion leakage.
Spektra NIR buah belimbing menunjukkan adanya kandungan air, pati dan
serat. Tingkat penyerapan spektra NIR pada bagian pangkal, tengah dan ujung buah
berbeda, begitu pula spektra NIR pada sampel buah yang disimpan pada hari ke-0, 2,
4, 6, 8 dan 10 memiliki tingkat penyerapan yang berbeda. Hal ini menunjukkan

radiasi NIR dapat menggambarkan perubahan kandungan pada sampel buah
belimbing selama penyimpanan.
Laju perubahan ion leakage tertinggi yang diperoleh dari data destruktif
terjadi pada hari ke-6 penyimpanan dengan nilai slope ion leakage sebesar 0.1289,
diduga gejala chilling injury telah terjadi mulai hari ke-6 penyimpanan. Secara
visual, gejala chilling injury sudah terlihat pada sampel buah belimbing sejak hari ke7 penyimpanan yaitu dengan keluarnya bintik-bintik coklat di permukaan kulit,
pitting dan sirip buah menjadi coklat.
Model kalibrasi dan validasi dikembangkan berdasarkan korelasi data spektra
NIR dengan pH sampel buah belimbing. Dari hasil evaluasi kedua model kalibrasi
PLS dan JST diketahui bahwa kedua model belum memiliki performa dan
keakuratan yang baik. Performa yang dihasilkan model PLS memiliki nilai r sebesar
0.6116 artinya ada korelasi antara spektra NIR dan pH namun belum cukup baik,
selisih nilai RMSEC dan RMSEP sebesar 0.0176 dan cv 4.4282%. Hasil evaluasi
model kalibrasi JST menunjukan nilai r sebesar 0.5207 yang artinya cukup ada
korelasi antara spektra NIR dan pH namun belum cukup baik. Selisih nilai RMSEC
dan RMSEP sebesar 0.0321 dan cv 5.2436%. Walaupun demikian, hasil evaluasi
kedua model tersebut menunjukkan bahwa model kalibrasi PLS secara keseluruhan
lebih baik daripada model kalibrasi JST. Hal ini ditunjukkan dari perolehan nilai r
model kalibrasi PLS lebih tinggi daripada model kalibrasi PLS, juga selisih error dan
cv pada model kalibrasi PLS lebih rendah daripada model kalibrasi JST.

Hubungan antara pH dan slope ion leakage yang diperoleh dari analisis
regresi dapat ditulis dengan persamaan y = 0.0406 x – 0.0371. Prediksi slope ion
leakage selama penyimpanan dengan metode non destruktif dapat diperoleh dengan
menggunakan model kalibrasi PLS dan JST serta persamaan regresi pH terhadap ion
leakage. Dari kedua model kalibarsi tersebut hanya model kalibrasi PLS yang dapat
memberikan prediksi pH yang masuk akal, oleh karena itu hasil prediksi pH ini
selanjutnya digunakan untuk memprediksi slope ion leakage dengan persamaan y =
0.0406 x – 0.0371. Hasil prediksi slope ion leakage tertinggi diperoleh pada hari ke-6
penyimpanan dengan nilai slope ion leakage sebesar 0.1099, diduga pada sampel
buah monitoring gejala chilling injury juga sudah mulai terjadi pada hari ke-6
penyimpanan.
Evaluasi parameter mutu (yaitu pH, kekerasan, total padatan terlarut dan
susut bobot) dilakukan pada sampel buah belimbing yang disimpan pada suhu 5,
10oC dan suhu ruang. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa penyimpanan sampel buah
belimbing pada suhu 5oC dapat mempertahankan mutunya, dimana laju kehilangan
bobot, perubahan kekerasan serta perubahan total padatan terlarut dapat diperkecil
selama penyimpanan berlangsung.

Kata kunci: buah belimbing, chilling injury, ion leakage, NIR spectroscopy, PLS,
JST

® Hak Cipta milik IPB, tahun 2011

Hak Cipta dilindungi Undang-undang

1. Dilarang mengutip sebagian atas seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu
masalah
b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENENTUAN GEJALA CHILLING INJURY BUAH BELIMBING
(Averrhoa carambola L.) DENGAN NEAR INFRARED
SPECTROSCOPY

ADIAN RINDANG

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

Nama

: Penentuan Gejala Chilling Injury Buah Belimbing
(Averrhoa carambola L.) dengan Near Infrared Spectroscopy
: Adian Rindang

NRP

: F151090101

Judul Tesis

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc
Ketua

Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr
Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr.

Tanggal Ujian: 21 November 2011

Dekan Sekolah Pascasarjan IPB

Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.

Tanggal Lulus:

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr

PRAKATA
Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah
evaluasi mutu komoditi pertanian secara non destruktif, dengan judul Penentuan
Gejala Chilling Injury Buah Belimbing (Averrhoa carambola L.) dengan Near
Infrared Spectroscopy.
Pada kesempatan ini, dengan rasa hormat penulis ingin menyampaikan ucapan
terima kasih kepada Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc dan Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr
selaku komisi pembimbing yang telah memberikan ilmu, arahan dan saran kepada
penulis, serta kepada Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr selaku penguji luar komisi yang
telah memberikan saran dan arahan untuk perbaikan tesis ini. Selain itu, penghargaan
juga penulis sampaikan kepada Sugiyono, STP, M.Si yang telah memberikan

sumbangsih ide, saran dan pemikirannya kepada penulis, Bapak Sulyaden yang telah
banyak membantu penulis selama melakukan penelitian di Lab. TPPHP, Ilham Fikri,
STP, Henry. O, STP dan Dwi Dian Novita, STP, M.Si yang telah banyak
memberikan masukan dan bantuannya, rekan-rekan di Kopersai Belimbing Depok,
teman-teman setim penelitian, Ita Heruwati, STP, Anggy F. Maghfiroh, STP dan
Ratna Aprilynda STP atas bantuan dan kerjasamanya selama melakukan penelitian
ini, serta rekan-rekan seperjuangan di TMP 2009 dan sahabat-sahabat di Last-Vamdi
atas segala bantuan dan pengertiannya kepada penulis.
Secara khusus, penulis menyampaikan penghormatan dan ucapan terima kasih
kepada kedua orang tua penulis yaitu Bapak Rhusliy Siregar dan Ibunda Wan Siti
Nurbali, adik-adikku, Istianda Sari, STP, Agus Batari, Sri Ave Sena dan M. Agung
Gumelar serta sahabatku Nailul Abror Pohan, ST atas segala kasih sayang, do’a,
motivasi, nasehat, bantuan dan pengertiannya kepada penulis untuk menggapai citacita.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, November 2011

Adian Rindang

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Padang, Sumatera Barat, pada tanggal 28 April 1987
dari ayah Rhusliy Siregar dan Ibu Wan Siti Nurbali. Penulis merupakan anak
pertama dari lima bersaudara.
Penulis lulus dari MAN 1 Medan pada tahun 2004 lalu melanjutkan
pendidikan S1 pada jurusan Teknik Pertanian di Universitas Sumatera Utara (USU)
melalui jalur SPMB dan selesai pada tahun 2008. Pada tahun 2009, penulis
melanjutkan pendidikan S2 pada Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
di Institut Pertanian Bogor.

xi

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................ xv
PENDAHULUAN ...................................................................................................1
Latar Belakang ....................................................................................................1
Hipotesa...............................................................................................................3
Tujuan .................................................................................................................4
Manfaat ...............................................................................................................4
TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................................5
Botani Tanaman Belimbing ................................................................................5
Karakteristik Buah Belimbing Manis (Averrhoa carambola l.) .........................6
Penyimpanan Dingin Buah Belimbing ...............................................................8
Chilling Injury Buah Belimbing..........................................................................8
Membran Plasma dan Ion Leakage (IL)..............................................................10
Near Infrared (NIR) Spectroscopy .....................................................................13
Partial Least Squares (PLS) ...............................................................................15
Jaringan Saraf Tiruan (JST) ................................................................................17
Principal Component Analysis (PCA) ................................................................21
METODOLOGI PENELITIAN ..............................................................................23
Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................................23
Bahan dan Alat ....................................................................................................23
Prosedur Penelitian..............................................................................................23
Tahap I ............................................................................................................23
Pengukuran Metode Non Destruktif (Pengambilan Spektra NIR) .................24
Pengukuran Parameter CI ...............................................................................25
Ion Leakage ...............................................................................................25
pH ..............................................................................................................26
Pengukuran Parameter Mutu Buah.................................................................26
Susut Bobot................................................................................................26
Total Padatan Terlarut ...............................................................................26
Kekerasan ..................................................................................................26
Pengembangan Model Kalibrasi NIR dengan Metode PLS ...........................27
Pengembangan Model Kalibrasi dengan Metode JST ...............................28
Persiapan Data Input JST ......................................................................28
Inisialisasi Jaringan ...............................................................................28
Inisialisasi Pembobot ............................................................................30
Pelatihan Jaringan .................................................................................31
Simulasi Jaringan ..................................................................................31
Evaluasi Hasil Kalibrasi dan Validasi Metode PLS dan JST .........................32
Penentuan Persamaan Regresi pH Terhadap Kemiringan Ion Leakage .........32
Tahap II ..........................................................................................................33
HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................................................35
Analisis Spektra NIR Buah Belimbing Selama Penyimpanan ............................35
Kalibrasi dan Validasi NIR dengan Metode PLS ...............................................38

xii

Deskripsi Data ................................................................................................ 38
Hasil Kalibrasi dan Validasi NIR dengan Metode PLS ................................. 39
Kalibrasi dan Validasi NIR dengan Metode JST ................................................ 40
Deskripsi Data ................................................................................................ 40
Segmentasi Data ............................................................................................. 40
Analisis Komponen Utama (PCA) ................................................................. 42
Pengembangan Model JST............................................................................. 43
Hasil Kalibrasi dan Validasi dengan Metode JST.......................................... 43
Evaluasi Model Kalibrasi Metode PLS dan JST ................................................ 46
Persamaan Regresi pH Terhadap Kemiringan Ion Leakage ............................... 47
Prediksi pH Berdasarkan Absorban NIR Sampel Monitoring ............................ 47
Prediksi Kemiringan IL Berdasarkan Perubahan pH .......................................... 49
Perubahan Parameter Chilling Injury (CI) .......................................................... 49
Ion Leakage (IL) ............................................................................................ 49
pH ................................................................................................................... 51
Perubahan Mutu Buah Belimbing Selama Penyimpanan Dingin ....................... 53
SIMPULAN DAN SARAN..................................................................................... 59
Simpulan ............................................................................................................. 59
Saran ................................................................................................................... 59
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 60
LAMPIRAN ............................................................................................................ 64

xiii

DAFTAR TABEL
Halaman
1. Komposisi kimia buah belimbing manis per 100 gram bahan ......................... 7
2. Parameter fisikokimia pulp buah belimbing ..................................................... 7
3. Parameter resilent backpropogation dalam pelatihan jaringan ........................ 31
4. Karakteristik data untuk kalibrasi dan validasi metode PLS ............................ 39
5. Komponen evaluasi hasil kalibrasi dan validasi NIR terhadap pH buah
belimbing dengan metode PLS ......................................................................... 39
6. Karakteristik data untuk kalibrasi dan validasi metode JST ............................. 40
7. Hasil kalibrasi dan validasi spektra absorban NIR dengan metode JST .......... 44
8. Komponen evaluasi hasil kalibrasi dan validasi NIR terhadap pH buah
belimbing dengan metode JST .......................................................................... 45
9. Komponen evaluasi hasil kalibrasi dan validasi NIR terhadap pH buah
belimbing dengan metode PLS dan JST ........................................................... 46
10. Hasil prediksi slope IL berdasarkan data pH monitoring ................................. 49
11. Laju perubahan ion leakage pada suhu penyimpanan 5oC ............................... 50
12. Kondisi sampel buah belimbing pada hari ke-6 penyimpanan ......................... 58

xii
xiv

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Buah belimbing (Averrhoa carambola L.) ......................................................... 6
2. Indeks warna kematangan buah belimbing ......................................................... 7
3. Kerusakan belimbing selama penyimpanan dingin ............................................ 9
4. Struktuk membran plasma .................................................................................. 11
5. Ilustrasi perbedaan konsentrasi pada sisi yang berbeda dari suatu
membran sel mengasilkan perbedaan tegangan.................................................. 11
6. Sel tumbuhan dalam kondisi plasmolisis ............................................................ 12
7. Proses penyinaran near infrared pada sampel .................................................... 14
8. Contoh pola spketrum NIR dari sampel tepung sereal ....................................... 14
9. Arsitektur jaringan backpropogation .................................................................. 18
10. Fungsi aktivasi sigmoid biner ............................................................................. 20
11. Fungsi aktivasi sigmoid bipolar .......................................................................... 20
12. Fungsi aktivasi identitas...................................................................................... 21
13. Vektor principal component analysis (PCA)...................................................... 22
14. Diagram alir penelitian tahap pertama ................................................................ 24
15. Pengambilan spektra NIR buah belimbing ......................................................... 25
16. Sampel buah belimbing untuk pengukuran IL .................................................... 26
17. Kalibrasi dan validasi NIR metode PLS ............................................................. 27
18. Kalibrasi dan validasi NIR metode JST.............................................................. 29
19. Arsitektur JST untuk menduga pH ..................................................................... 29
20. Diagram alir penelitian tahap kedua ................................................................... 34
21. Kurva spektrun reflektan sampel buah belimbing .............................................. 35
22. Kurva spketrum absorban sampel buah belimbing ............................................. 36
23. Spketra absorban buah belimbing pada hari ke-0, 2, 4, 6, 8 dan 10
serta karakteristik komponen yang terkandung pada buah ................................. 37
24. Spektra absorban buah belimbing pada bagian pangkal, tengah dan ujung ....... 38
25. Sepktra absorban buah belimbing pada bagian pangkal, tengah dan ujung
Setelah dinormalisasi 0-1 .................................................................................... 38
26. Hasil kalibrasi dan validasi NIR dengan metode PLS ........................................ 40
27. Kurva spektra absorban setelah segmentasi........................................................ 41
28. Kurva variasi kumulatif 20 komponen utama (PC) pada segmen 8 ................... 43
29. Hasil kalibrasi dan validasi NIR dengan metode JST......................................... 45
30. Kurva pH prediksi dari sampel buah monitoring................................................ 48
31. Perubahan IL buah belimbing pada hari ke-6 pada penyimpanan
suhu 5oC .............................................................................................................. 50
32. Gejala CI sampel buah belimbing (a) cekungan pada permukaan kulit,
(b) bintik-bintik coklat, (c) browning pada sirip................................................. 51
33. Perubahan pH sampel buah belimbing selama penyimpanan ............................. 53
34. Sampel buah belimbing pada penyimpanan 5oC, 10oC dan suhu ruang ............. 53
35. Tampilan sampel buah belimbing hari ke-16 dan 18 penyimpanan 5oC ............ 54
36. Tampilan sampel buah belimbing hari ke-16 dan 30 penyimpanan 10oC .......... 54
37. Tampilan sampel buah belimbing hari ke-16 dan 12 penyimpanan
suhu ruang ........................................................................................................... 54
38. Perubahan kekerasan sampel buah belimbing selama penyimpanan .................. 56
39. Perubahan TPT sampel buah belimbing selama penyimpanan .......................... 56
40. Perubahan susut bobot sampel buah belimbing selama penyimpanan ............... 57

xiii
xv

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.

Pengukuran destruktif parameter chilling injury: ion leakage (a),
pH (b) dan parameter mutu: kekerasan (c) total padatan terlarut (d) ............... 65
Kondisi sampel buah belimbing selama penyimpanan pada suhu 5oC............. 66
Bagian-bagian NIRFlex N-500 fiber optic solid .............................................. 67
Spesifikasi NIRFlex N-500 fiber optic solid .................................................... 68
Hasil pengukuran ion leakage sampel buah belimbing pada suhu 5oC ............ 69
Hasil pengukuran pH sampel buah belimbing pada suhu 5, 10oC dan
suhu ruang ......................................................................................................... 70
Hasil pengukuran kekerasan sampel buah belimbing pada suhu 5, 10oC dan
suhu ruang ......................................................................................................... 71
Hasil pengukuran total padatan terlarut (TPT) sampel buah belimbing
pada suhu 5, 10oC dan suhu ruang .................................................................... 71
Hasil pengukuran susut bobot sampel buah belimbing pada suhu 5, 10oC
dan suhu ruang .................................................................................................. 73
Hasil analisis regresi data pH dan slope IL buah belimbing pada
penyimpanan 5oC ............................................................................................. 74
Diagram alir pengembangan model kalibrasi metode PLS .............................. 75
Diagram alir tahapan persiapan data untuk jaringan syaraf tiruan ................... 76
Diagram alir tahapan pengembangan model kalibrasi JST .............................. 77
Hasil analisis komponen utama (PCA) data spektra absorban ......................... 78
Set data input JST untuk kalibrasi dan validasi ................................................ 83
Hasil kalibrasi dan validasi model PLS ............................................................ 87
Hasil kalibrasi dan validasi model JST arsitektur 10-2-1 dan iterasi 100.000 . 90
Hasil prediksi pH buah belimbing sampel monitoring berdasarkan
spektra absorban NIR dengan metode PLS ...................................................... 93
Hasil prediksi pH buah belimbing sampel monitoring berdasarkan
spektra absorban NIR dengan metode JST ....................................................... 93
Kode pemrograman model JST ........................................................................ 94

1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Belimbing manis (Averrhoa carambola L.) merupakan salah satu komoditas
hortikultura yang berpotensi besar untuk dikembangkan secara komersil. Belimbing
manis banyak digemari oleh masyarakat karena mempunyai bentuk buah yang
menarik, rasa yang lezat dan komposisi yang cukup lengkap terutama kandungan
vitamin A dan vitamin C yang relatif tinggi. Kelebihan lain dari buah belimbing
manis adalah dapat dibudidayakan di kebun, pekarangan atau pot, cepat berbuah,
serta produktivitas yang tinggi yaitu sekitar 150 kg buah per pohon atau 28-49
ton/ha/tahun (Deptan, 2008).
Data statistik menunjukkan bahwa perkembangan produksi buah belimbing di
Indonesia meningkat dari 47.493 ton pada tahun 1999 menjadi 57.268 ton pada tahun
2000. Perkembangan luas panen buah belimbing juga terus meningkat dari 732.604
pohon pada tahun 1999 menjadi 905.315 pohon pada tahun 2000 (Deptan, 2002).
Dari data tersebut terlihat bahwa potensi buah belimbing sebagai salah satu produk
hortikultura cukup baik. Sampai saat ini sentra penanaman belimbing sebagai usaha
tani secara intensif dan komersial adalah Malaysia. Pada tahun 1993 Malaysia
mampu mengekspor buah belimbing segar sebanyak 10.220 metrik ton senilai Rp 2
M yang dipasok ke Hongkong, Singapura, Taiwan, Timur Tengah dan Eropa Barat.
Melihat peluang pasar yang masih terbuka ini, Indonesia saat ini pun mulai
mengembangkan buah belimbing secara komersil dan mulai diintensifkan
penanamannya khususnya di daerah DKI Jakarta.
Mutu produk pertanian sangat dipengaruhi oleh teknik pascapanennya, mutu
produk dapat dipertahankan sebaik mungkin dengan menerapkan teknik pascapanen
yang tepat. Dengan melihat karakteristik fisik buahnya, belimbing manis termasuk
kedalam komoditas pangan yang mudah rusak (perishable). Oslund dan Davenport
(1983) mengungkapkan bahwa penanganan pascapanen buah belimbing sangat rumit
karena buah ini memiliki kulit yang tipis serta bentuk sirip buah yang rapuh dan
mudah terluka, ketidaktepatan perlakuan pascapanen menyebabkan fleksibilitasnya
di pasaran menjadi sangat terbatas karena penurunan mutu buah sangat cepat terjadi.
Salah satu teknik pascapanen yang sering digunakan dalam penanganan
produk pertanian adalah penyimpanan pada suhu rendah (cold storage), yaitu
penyimpanan produk pada suhu optimumnya dan diatas suhu bekunya (0o–15oC).

2
Penyimpanan dingin dapat memperlambat beberapa metabolisme yang berkaitan
dengan respirasi, pematangan, perubahan tekstur dan warna, pertumbuhan mikroba
dan jamur, laju kehilangan air pada produk, sehingga dengan terhambatnya beberapa
reaksi ini umur simpan produk dapat diperpanjang. Namun, kendala yang sering
dihadapi adalah terjadinya chilling injury (CI) yaitu kerusakan fisiologis produk
akibat terlalu lama berada pada suhu rendah sehingga mengakibatkan penurunan
kualitas serta kehilangan manfaat dari produk tersebut (Parkin et al., 1989).
Hasil penelitian Rohaeti (2010) menunjukkan bahwa pada penyimpanan 5oC
terjadi CI pada buah belimbing, gejala CI diamati secara visual dengan menunjukkan
tanda-tanda seperti terdapat bintik-bintik coklat pada permukaan buah serta
pencoklatan pada sirip buah, kerusakan ini akan semakin parah seiring dengan
bertambahnya waktu penyimpanan. Namun, gejala CI ini sulit diamati ketika buah
masih berada di dalam ruang pendingin karena tampilan buah yang rusak biasanya
hampir terlihat sama seperti buah normal. Namun, apabila diukur dari parameter
kerusakan internal buah seperti ion leakage dan kandungan asam ataupun gula, buah
sudah menunjukkan kerusakan yang signifikan.
Pada kenyataannya di lapangan, sangat sulit untuk mengukur langsung
kerusakan parameter internal tersebut karena membutuhkan waktu yang lama dan
sejumlah sampel. Seleksi mutu sebelum buah sampai ke tangan pembeli sangat
penting dilakukan karena hal ini akan mempengaruhi kualitas perdagangan.
Berdasarkan hal tersebut, maka diperlukan suatu mesin sortasi yang mampu
menyeleksi mutu buah berdasarkan perubahan baik mutu internal maupun mutu
eksternalnya (kerusakan fisik buah). Teknik evaluasi mutu secara nondestruktif dapat
dimanfaatkan untuk merancang mesin sortasi mutu buah, teknologi image processing
dapat digunakan untuk menentukan perubahan mutu eksternal buah, sedangkan
teknologi gelombang elektromagnetik seperti Near Infrared Spectroscopy (NIRS)
dapat digunakan untuk menentukan mutu internal buah. Fokus penelitian ini yaitu
untuk mengembangkan suatu metode pengukuran mutu internal buah dengan
memanfaatkan NIRS.
NIR Spectroscopy dapat menghasilkan informasi kandungan bahan yang
bersifat kualitatif dan kuantitatif yang berasal dari interaksi antara gelombang NIR
dengan kelompok atom penyusun bahan seperti ─CH, ─OH, ─NH dan kelompok
lainnya. Informasi ini dapat diambil dengan menggunakan analisis multivarian
seperti Partial Least Squares (PLS) dan Jaringan Saraf Tiruan (JST). Tujuan dari

3
teknik ini adalah untuk membuat model kalibrasi yang mampu menduga kandungan
sampel. Dewasa ini penggunaan NIRS dalam penelitian khususnya di bidang
pemutuan produk pertanian telah banyak diaplikasikan. Beberapa aplikasi NIRS
dalam pendugaan kandungan bahan yaitu: McGlone dan Kawano (1998) menentukan
tingkat kekerasan, bahan kering dan total padatan terlarut buah kiwi setelah dipanen,
Clark (2003) menentukan kandungan bahan kering pada hass alpukat, Slaughter et
al., (2003) menentukan total padatan terlarut pada fresh prune serta Bobelyn et al.,
(2010) memprediksi kualitas beberapa varietas buah apel. Metode ini mempunyai
keunggulan yaitu pengukuran dapat dilakukan dengan cepat (5-25 detik/sampel),
tingkat presisi yang tinggi, tidak memerlukan penyimpanan sampel secara khusus,
bebas bahan kimia dan limbah (Osborne et al., 1993).
Perubahan pada permeabilitas membran sel merupakan reaksi dari suhu
chilling yang telah diteliti sebagai penyebab terjadinya CI (Lyons, 1973). Rusaknya
membran sel pada dinding sel tumbuhan dapat menyebabkan ion-ion dan isi dalam
sel keluar dan bercampur dengan air di luar sel sehingga menyebabkan buah menjadi
rusak. Marangoni et al., (1996) mendefinisikan kejadian tersebut sebagai kebocoran
ion pada sel buah (ion leakage) dan menjadikannya sebagai parameter objektif untuk
mengukur chilling injury (CI) pada buah.
Winarno (2002) menyatakan bahwa rusaknya membran sel memberi
pengaruh terhadap perubahan asam pada buah, ditunjukkan dengan perubahan asam
askorbat yang menurun drastis selama penyimpanan pada suhu chilling. Naruke et
al., (2003) menyatakan bahwa pH dapat dijadikan petunjuk terjadinya kerusakan
dingin dan hasil penelitian Schirra (1992) dalam Purwanto (2005) menyebutkan
bahwa gejala kerusakan dingin pada buah anggur dapat diketahui dari akumilasi
etanol yang berkaitan erat salah satunya dengan dengan pH.
Hipotesa
Rusaknya membran sel buah akibat suhu dingin penyimpanan dapat
menyebabkan kebocoran ion (ion leakage) yang juga dapat dijadikan parameter
kerusakan buah akibat suhu chilling. Gejala kerusakan buah ini dapat dapat diduga
dengan melihat laju ion leakage yang terjadi selama penyimpanan dimana semakin
tinggi lajunya maka kerusakan buah akibat CI juga semakin parah. Untuk
memperoleh laju ion leakage ini didekati dengan cara mengambil nilai slope
(kemiringan garis) dari grafik total persentase ion leakage yang dihasilkan selama

4
240 menit pengukuran kebocoran ion. Laju ion leakage ini tidak dapat diukur secara
langsung menggunakan NIR, karena gelombang NIR hanya dapat berinteraksi
dengan komponen penyusun bahan seperti air, gula, asam, protein, lemak, pati,
selulosa, dll. Untuk itu pendugaan laju ion leakage didekati dengan mencari
parameter kimia buah yang ada hubungannya dengan chilling injury dan spektra
NIR. Beberapa penelitian sebelumnya menduga bahwa pH berhubungan dengan
chilling injury. Dalam penelitian ini digunakan pH sebagai salah satu sifat kimia
bahan yang dijadikan parameter penghubung antara NIR dan chilling injury buah.
Tujuan
Tujuan

secara umum dari penelitian ini yaitu mengembangkan metode

penentuan gejala CI buah belimbing dengan spektra NIR.
Secara khusus:
1. Menganalisis pola spektra NIR buah belimbing yang disimpan pada suhu 5oC
2. Mengembangkan model kalibrasi spektra NIR untuk memprediksi pH buah
belimbing selama penyimpanan 5oC dengan menggunakan metode PLS dan
JST
3. Memprediksi gejala chilling injury buah belimbing berdasarkan nilai slope
ion leakage selama penyimpanan 5oC menggunakan spektra NIR
4. Menentukan perubahan parameter mutu buah belimbing (pH, kekerasan, total
padatan terlarut dan susut bobot) selama penyimpanan pada suhu 5, 10oC dan
suhu ruang.
Manfaat
Hasil dari metode yang dikembangkan dapat digunakan sebagai data awal
untuk perancangan mesin sortasi buah belimbing serta perancangan sistem pendingin
selama transportasi dan pendistribusian buah.

5
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Tanaman Belimbing
Tanaman belimbing merupakan tanaman asli Indonesia dan Malaysia yang
kemudian menyebar rata di Asia Tenggara seperti Philipina, Thailand dan negaranegara lainnya. Tanaman ini terbagi kedalam dua jenis yaitu, belimbing manis
(Averrhoa carambola L.) dan belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi L.). Bentuk pohon
belimbing kecil, tinggi mencapai 10 m dengan batang yang tidak begitu besar dan
mempunyai garis tengah hanya sekitar 30 cm. Pada umumnya belimbing ditanam
dalam bentuk kultivar pekarangan (home yard gardening), yaitu diusahakan sebagai
tanaman peneduh di halaman-halaman rumah. Buah belimbing manis adalah buah
yang cukup unik dan menarik. Belimbing manis memiliki bentuk seperti bintang
sehingga sering disebut star fruit, permukaan yang licin seperti lilin, berlekuk-lekuk,
rasa manisnya bervariasi tergantung kepada varietasnya. Belimbing bukan termasuk
kepada buah musiman, panen biasanya dilakukan 3-4 kali dalam setahun. Bentuk
morfologi dari buah belimbing dapat dilihat pada Gambar 1.
Dalam taksonomi tumbuhan, belimbing diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom

: Plantae (tumbuh-tumbuhan)

Divisi

: Spermatophyta (tumbuhan berbiji)

Sub-divisi

: Angiospermae (berbiji tertutup)

Kelas

: Dicotyledonae (biji berkeping dua)

Ordo

: Oxalidales

Famili

: Oxalidaceae

Genus

: Averrhoa

Spesies

: Averrhoa carambola L. (belimbing manis)

Di Indonesia dikenal cukup banyak varietas belimbing, diantaranya varietas
Sembiring, Siwalan, Dewi, Demak Kapur, Demak Kunir, Demak Jingga, Pasar
Minggu, Wijaya, Paris, Filipina, Taiwan, Bangkok dan varietas Malaysia. Tahun
1987 telah dilepas dua varietas belimbing unggul nasional yaitu: varietas Kunir dan
Kapur.
Sampai saat ini sentra penanaman belimbing sebagai usaha tani secara
intensif dan komersial adalah Malaysia. Pada tahun 1993 Malaysia mampu
mengekspor buah belimbing segar sebanyak 10.220 mt (metrik ton) senilai Rp 2 M
yang dipasok ke Hongkong, Singapura, Taiwan, Timur Tengah dan Eropa Barat.

6
Melihat peluang pasar yang masih terbuka, Indonesia saat inipun mulai
mengembangkan buah belimbing secara komersil dan mulai diintensifkan
penanamannya khususnya di daerah DKI Jakarta.

Gambar 1 Buah belimbing (Averrhoa carambola L.)
Karakteristik Buah Belimbing Manis (Averrhoa carambola L.)
Berdasarkan pola respirasinya, buah dikelompokkan menjadi dua kelompok
yaitu buah klimaterik dan buah non klimaterik. Buah klimaterik adalah buah yang
proses pematangannya terjadi setelah laju respirasi mencapai puncaknya atau buah
yang mengalami kenaikan produksi CO2 secara mendadak, kemudian mengalami
penurunan yang cepat. Buah non klimaterik adalah buah yang laju respirasinya terus
menurun dan tidak mencapai puncaknya. Menurut Oslund dan Davenport (1981)
belimbing termasuk kedalam golongan buah non klimaterik, pola respirasi buah
tersebut berbeda dengan buah klimaterik, karena setelah dipanen CO2 yang
dihasilkan tidak terus meningkat tetapi terus menurun perlahan-lahan.
Setelah mengetahui bahwa buah belimbing tergolong buah non klimaterik
maka pemanenan biasanya dilakukan pada saat buah matang dipohon yaitu dengan
melihat perubahan warna kulit buahnya dari hijau atau hijau-kekuningan menjadi
warna kuning atau kuning-orange. Kandungan gula optimum terdapat pada buah
belimbing yang berwarna kuning sempurna, indeks warna kematangan belimbing
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Indeks 1 berwarna hijau tua, buah belum matang dan tidak sesuai untuk
dipasarkan. Indek 2 berwarna hijau dan sedikit kekuningan, buah matang dan sesuai
untuk diekspor. Indeks 3 berwarna kuning melebihi warna hijau, buah matang dan
sesuai untuk diekspor melalui udara. Indek 4 berwarna kuning dominan
dibandingkan hijau, buah matang dan sesuai untuk diekspor malalui udara. Indeks 5
warna kuning dengan sedikit warna hijau, buah matang sesuai untuk pasaran lokal.

7
Indek 6 warna kuning, buah matang dan sesuai untuk pasar lokal. Indek 7 berwarna
oranye, buah terlalu matang dan tidak sesuai untuk dipasarkan (FAMA, 2005).

Indeks 1

Indeks 5

Indeks 2

Indeks 6

Indeks 3

Indeks 4

Indeks 7

Gambar 2 Indeks warna kematangan buah belimbing (FAMA, 2005)
Buah belimbing memiliki komposisi cukup lengkap terutama kandungan
vitamin A dan vitamin C yang relatif tinggi yang digunakan sebagai anti oksidan dan
dapat mencegah kanker. Komposisi kimia buah belimbing dan parameter fisikokimia
pulp buah belimbing dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Kompisisi kimia buah belimbing manis per 100 gram bahan
Kandungan buah
Air (g)
Protein (g)
Lemak (g)
Serat (g)
Gula preduksi (g)
Total gula (g)
Pektin (g kalsium pektat)
Pati (g)
Titratable acidity (g)
Asam askorbat (mg)
Tanin (g)

Muda
90.65
0.39
0.31
0.92
2.80
2.91
1.64
1.92
0.98
25.2
0.28

Tingkat Kematangan
Setengah Matang
90.32
0.40
0.29
1.08
4.31
4.69
1.08
1.28
0.51
25.9
0.22

Matang
89.96
0.45
0.32
0.96
5.04
5.60
1.02
1.04
0.36
23.4
0.14

Sumber: Narain et al., 2001
Tabel 2 Parameter fisikokimia pulp buah belimbing
Kandungan buah
pH
Derajat Brix
o
Brix/Titratable acidity

Sumber: Narain et al., 2001

Muda
2.40
6.01
6.13

Tingkat Kematangan
Setengah Matang
2.71
7.30
14.31

Matang
3.44
10.83
30.08

8
Penyimpanan Dingin Buah Belimbing
Pendinginan adalah proses pengambilan panas dari suatu bahan sehingga
suhunya akan menjadi lebih rendah dari sekelilingnya. Prinsip penyimpanan dingin
adalah mendinginkan lingkungan secara mekanis dengan penguapan gas cair
bertekanan (refrigerant) dalam sistem tertutup. Panas yang diperlukan untuk
merubah refrigerant menjadi uap diambil dari ruangan tempat penyimpanan produk
(Broto, 2003). Penyimpanan dingin akan memperlambat laju respirasi, menghambat
perubahan tekstur, mengurangi laju pertumbuhan mikrobiologis, dan mencegah
perkecambahan spora dari beberapa jenis jamur, dengan demikian penyimpanan
dingin buah belimbing segar dapat memperpanjang masa simpan buah,
mempertahankan mutu, menghindari banyaknya produk ke pasar sehingga dapat
meningkatkan keuntungan produsen.
Dalam penyimpanan dingin ini terdapat beberapa faktor lingkungan yang
perlu diperhatikan yaitu suhu, kelembaban dan komposisi udara. Ryall dan Lipton
(1982) menyebutkan bahwa suhu penyimpanan yang lebih rendah dari suhu optimal
produk akan menyebabkan chilling injury, sebaliknya di atas suhu optimal akan
mengurangi umur simpan produk. Secara umum penyimpanan dingin dilakukan pada
suhu 2.2 – 15.5oC tergantung pada masing-masing bahan yang akan disimpan.
Thompson (1967) menyebutkan bahwa buah belimbing dapat bertahan
selama 3-4 minggu bila disimpan pada suhu 5-10oC dan tahan selama 4-5 hari bila
disimpan pada suhu 20oC, sedangkan ASHRAE (2002) menyebutkan bahwa
belimbing dapat bertahan selama 3-4 minggu apabila disimpan pada suhu 9-10oC
dengan RH berkisar antara 85-90%, sedangkan suhu pembekuannya adalah -1.2oC.
Osman dan Mustaffa (1996) menyebutkan bahwa temperatur optimum untuk
penyimpanan dingin buah belimbing adalah 10oC. Walaupun demikian ada beberapa
sumber diantaranya Campbell (1989) menyebutkan bahwa beberapa varietas
belimbing lebih efektif disimpan pada suhu 5oC.
Chilling Injury Buah Belimbing
Chilling injury (CI) adalah gangguan fisiologis yang disebabkan oleh suhu
rendah (bukan suhu pembekuan), biasanya buah yang terkena CI sering
menunjukkan beberapa gejala kerusakan setelah dikembalikan pada suhu normal
(non-chilling) (Jackman et al, 1988 dan Parkin et al, 1989 dalam Marangoni et al,
1996). Mucthadi dan Sugiyono (1989) mengemukakan bahwa pada suhu rendah (0-

9
10oC) buah-buahan dapat mengalami kerusakan karena tidak dapat melakukan proses
metabolisme secara normal.
Menurut Wam dan Lan (1984) dan Rohaeti (2010) CI terjadi pada buah
belimbing manis muda yang disimpan pada suhu 5oC, sedangkan gejala CI yang
ditunjukkan adalah layu pada permukaan buah, bintik-bintik coklat pada permukaan
buah, sirip buah menjadi coklat (browning) dan gagal matang setelah dikeluarkan
dari ruang pendingin. Gejala-gejala kerusakan dingin ini akan semakin meningkat
seiring dengan lamanya waktu penyimpanan. Begitu pula dengan Ali et al., (2004)
menyebutkan gejala CI terlihat pada penyimpanan buah belimbing indeks 1 dan 2
(matang hijau) pada suhu 5oC dan 10oC setelah 10 dan 20 hari penyimpanan. Gejala
CI tersebut selain pencoklatan pada kulit buah yang terjadi setelah buah
dikembalikan pada suhu ruang adalah terjadinya peningkatan laju kehilangan air dan
perubahan warna kulit, begitu juga dengan kehilangan tekstur buah terjadi sangat
cepat karena aktivitas enzim memodifikasi dinding sel buah.

Gambar 3 Kerusakan belimbing selama penyimpanan dingin (Campbell, 1989)
Mekanisme terjadinya CI antara lain adalah terjadinya respirasi abnormal,
perubahan lipid dan asam dalam dinding sel, perubahan permeabilitas membran sel,
perubahan dalam reaksi kinetika dan termodinamika, ketimpangan distribusi
senyawa kimia dalam jaringan dan terjadinya penimbunan metabolit beracun
(Pantastico, 1984). Kays (1991) menyebutkan bahwa pada beberapa buah-buahan
yang mengalami CI akan memberikan beberapa respon, pertama yaitu perubahan
fisik di dalam membran plasma, kedua yaitu adanya stimulasi dari sintesa etilen,
bertambahnya laju respirasi, aktivasi energi, pengurangan proses fotosintesis,
gangguan di dalam produksi energi dan adanya perubahan struktur sel.
CI dapat dihindari jika sebelum muncul gejalanya buah dikeluarkan kembali
ke suhu di atas ambang batas suhu optimumnya. Secara teoritis semakin rendah suhu
penyimpanan, kemampuan respirasi buah-buahan segar semakin dapat dihambat
karena pada suhu penyimpanan yang rendah solubiditas dari cairan dalam sel buahbuahan akan semakin tinggi yang dapat menekan proses respirasi produk (Purwanto

10
et al., 2005). Tetapi sebaliknya, suhu rendah dapat menyebabkan dinding sel rusak
sehingga pada saat produk dikeluarkan dari suhu rendah, air di dalam sel akan keluar
melalui dinding sel yang telah rusak dan mengakibatkan rusaknya buah tersebut.
Kerusakan ini sering tidak terlihat dari luar selama buah masih berada di dalam ruang
pendingin, akan tetapi jika diamati melalui parameter internal seperti laju kebocoran
ion (ion lakage) pada buah tersebut, sebenarnya sudah terjadi perubahan yang sangat
signifikan (Purwanto et al., 2005). Kebocoran ion atau ion leakage (IL) telah
digunakan sebagai indikator kerusakan pada membran plasma dan CI (Marangoni,
1996). Gejala terjadinya kerusakan dingin dapat diamati dari kenaikan presentasi IL
yang menunjukkan besarnya membran sel yang pecah.
Membran Plasma dan Ion Leakage (IL)
Dugaan kuat yang diperoleh dari beberapa hasil penelitian menunjukkan
bahwa membran yang terkena CI mengalami perubahan dalam sifat-sifat biofisik
yang berkaitan dengan komposisinya dan kemudian dapat mengubah fungsinya.
Teori modern berfokus pada membran plasma sebagai tempat terjadinya kerusakan
akibat CI. Pantastico (1984) mengungkapkan bahwa perubahan-perubahan dalam
permeabilitas membran kemungkinan menjadi penyebab kerusakan dingin.
Membran plasma adalah lapisan dalam sel tumbuhan, juga merupakan batas
yang memisahkan sel hidup dari sekelilingnya yang mati (Gambar 4). Membran
plasma memiliki sifat semipermeabel atau selektif permeabel yang berfungsi
mengontrol lalulintas ion ke dalam dan ke luar sel yang ada di sekelilingnya. Lipid
dan protein merupakan bahan utama penyusun membran sedangkan lipid yang paling
banyak menyusun membran adalah fospolipid yang berupa fosfogliserida, yang
mengandung dua molekul asam lemak yang berikatan antara ester dengan gugus
hidroksil pertama dan kedua pada gliserol (Lehninger, 1993). Kemampuan fospolipid
untuk membentuk membran disebabkan oleh struktur molekulnya, dimana fospolipid
merupakan suatu molekul ampifatik, yang berarti molekul ini memiliki daerah
hidrofilik maupun daerah hidrofobik. Pada suhu kritis, fospolipid mengendap dalam
suatu susunan yang rapat dan membrannya membeku sehingga saat dikeluarkan dari
ruang pendingin membran pecah dan menyebabkan kebocoran ion (ion leakage).
Suhu beku membran tergantung pada komposisi lipidnya (Mitchell, 2000).

11
Rantai glikoprotein
Permukaan
extraselular
membran

Glikolipid

Bagian hidrofilik

Membran terbagi menjadi lapisan yang
beku dan patah dilihat dari mikroskop
elektron

Bagian hidrofobik
Kolosterol
Protein

Molekul kolosterol
di dalam lapisan
lipis membran

Permukaan intraselular membran
Ekor lipid yang menjadi
struktur dalam membran sel
Kepala fosfolipid merupakan bagian
yang berair pada membran plasma

Gambar 4 Struktur Membran plasma (Cummings, 2007)
Pada tumbuhan dan sel tubuhnya mengandung larutan elektrolit seperti KCl,
NaCl, MgSO4 yang terdisosiasi menjadi ion-ion bila larut dalam air (Saeni, 1989
dalam Hutabarat 2008). Potensial membran adalah beda potensial elektrik antara
dinding sebelah luar dan dinding sebelah dalam dari suatu membran sel yang
berkisar antara -50 hingga -200 milivolt (tanda minus menunjukkan bahwa di dalam
sel bersifat negatif dibandingkan dengan di luarnya). Semua sel memiliki tegangan
melintasi membran plasmanya, dimana tegangan ialah energi potensial listrikpemisahan muatan