Model Matematika untuk Menduga Suhu Buah Naga (Hylocereus polyrhizus) selama Proses Perlakuan Panas sebagai Teknologi Karantina

MODEL MATEMATIKA UNTUK MENDUGA SUHU
BUAH NAGA (Hylocereus polyrhizus) SELAMA
PROSES PERLAKUAN PANAS SEBAGAI
TEKNOLOGI KARANTINA

NURUL DWI QURNIAWATI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Model Matematika untuk
Menduga Suhu Buah Naga (Hylocereus polyrhizus) selama Proses Perlakuan Panas sebagai
Teknologi Karantina adalah benar 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 dan tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian

akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2016

Nurul Dwi Qurniawati
NIM F14120008

ABSTRAK
NURUL DWI QURNIAWATI. Model Matematika untuk Menduga Suhu Buah
Naga (Hylocereus polyrhizus) selama Proses Perlakuan Panas sebagai Teknologi
Karantina. Dibimbing oleh ROKHANI HASBULLAH
Teknologi karantina diterapkan untuk disinfestasi hama atau penyakit pascapanen
salah satunya dengan perlakuan panas. Kekhawatiran konsumen akan residu kimia yang
dapat membahayakan kesehatan menyebabkan metode perlakuan panas saat ini menjadi
alternatif dalam teknologi karantina. Penelitian ini bertujuan menduga waktu yang
diperlukan untuk mencapai suhu target pada buah naga selama proses perlakuan air panas
pada dua ukuran yaitu besar (Ø 0.102m) dan ukuran kecil (Ø 0.083m). Suhu medium yang
digunakan adalah 47.5ºC, proses dihentikan setelah suhu pusat buah mencapai ±46ºC. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa ukuran buah mempengaruhi sebaran suhu pada buah. Hasil
simulasi menggunakan finite difference menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai suhu pusat ±46ºC adalah 34 menit untuk buah ukuran besar dan 19 menit untuk
buah ukuran kecil. Model logistik memberikan hasil paling baik dengan nilai R2 sebesar
0.9998 untuk kedua ukuran buah. Berdasarkan model empiris, waktu yang dibutuhkan
model logistik adalah 52 menit untuk buah besar dan 33 menit untuk buah ukuran kecil
Kata kunci: Buah Naga, Perlakuan panas, Teknologi Karantina, Finite Difference,
Metode Empiris.

ABSTRACT
NURUL DWI QURNIAWATI. Mathematical Model to Conjecture the Dragon Fruit
(Hylocereus polyrhizus) Temperature During Heat Treatment Process as a Quarantine
Technology. Supervised by ROKHANI HASBULLAH
Quarantine technology is applicable for post-harvest diseases or pests
disinfestation by heat treatment. The concern of chemical residues that can be endangering
health is causing heat treatment method become an alternative in the quarantine technology.
The purpose of this research is to conjecture the needed time to achieve the target
temperature during heat treatment process on dragon fruit in two different sizes namely
large size (Ø 0.102m) and small size (Ø 0.083m). Medium temperature that used is 47.5°C
and the treatment stopped after the core temperature achieve ±46°C. The results show that

the fruit size is affecting temperature distribution. Simulation results by
using finite difference show that the needed time to achieve core temperature
is 34 minutes for big fruit and 19 minutes for small fruit. Logistic model give
the best results with R2 value is 0.9998 for both fruit size. Based on empiric
model, the time that needed in logistic model is 52 minutes for big fruit and 33
minutes for small fruit.
Keywords: dragon fruit, heat treatment, quarantine technology, finite difference,
empirical method

MODEL MATEMATIKA UNTUK MENDUGA SUHU
BUAH NAGA (Hylocereus polyrhizus) SELAMA
PROSES PERLAKUAN PANAS SEBAGAI
TEKNOLOGI KARANTINA

NURUL DWI QURNIAWATI

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik

Pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2016

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas ridho dan rahmat-Nya
penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Model Matematika untuk
Menduga Suhu Buah Naga (Hylocereus polyrhizus) selama Proses Perlakuan Panas
sebagai Teknologi Karantina”. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2016 hingga
Juli 2016

Penyusunan skripsi ini, penulis mendapat banyak bantuan, bimbingan, dan
arahan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu dalam kesempatan ini penulis ingin
menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada:
1.
Ayahanda Basrowi, Ibunda Yulia Hasan, dan Kakakku Bayu Novrilianto

serta semua keluarga besar atas do’a dan dukungan untuk penulis selama
pembuatan karya ilmiah ini.
2.
Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah
memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis sampai menyelesaikan
skripsi ini.
3.
Prof. Dr. Ir Sutrisno, M.Agr dan Dr.Ir Mohammad Solahudin,M.Si selaku
dosen penguji yang telah memberikan banyak saran kepada penulis.
4.
Seluruh staf pengajar Teknik Mesin dan Biosistem Institut Pertanian Bogor
atas semua pngetahuan yang telah diberikan.
5.
Bapak Ahmad, Bapak Sulyaden, Mas Abbas, dan Mas Firman selaku
penanggung jawab Laboraturium tempat penulis melaksanakan penelitian.
6.
Teman bimbingan, Fikri Azali, Hendri Taufik, Yusup Hartono, dan
Muhmmad Faturrohman terima kasih atas bantuan selama penelitian
berlangsung.
7.

Teman-teman di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 49
(G.U.T.S.T.Y.R), terima kasih atas kebersamaannya, bantuan dan semangat
untuk penulis.
8.
Kebun buah naga Sabisa Farm, Sindang Barang Bogor yang telah membantu
menyiapkan buah naga untuk penelitian penulis.
9.
Terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberikan bantuan dan
dukungan kepada penulis..
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan dapat dijadikan acuan para pembaca
untuk melakukan penelitian dalam bidang pertanian.

Bogor, Agustus 2016

Nurul Dwi Qurniawati

DAFTAR ISI
PRAKATA

iii

DAFTAR ISI

iv

DAFTAR TABEL

iv

DAFTAR GAMBAR

iv

DAFTAR LAMPIRAN

iv

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Rumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

Buah Naga

2

Hama dan Penyakit Buah Naga

4

Teknologi Karantina

5

Perlakuan Panas (Heat Treatment)

6

Pindah Panas (Heat Transfer)

7

Sifat Ternofisik Bahan Pertanian

7

Metode Beda Hingga (Finite Difference)

9

Metode Empiris
METODOLOGI

10
10

Waktu dan Tempat

10

Alat dan Bahan

10

Prosedur Penelitian

12

HASIL DAN PEMBAHASAN

16

Sifat Termofisik Buah Naga

16

Perlakuan Air Panas (Water Heat Treatment) pada Buah Naga

17

Pendugaan Suhu Buah Naga Menggunakan Finite Difference

19

Pendugaan Suhu Buah Naga Menggunakan Metode Empiris

23

Verifikasi Model

26

SIMPULAN DAN SARAN

28

Simpulan

28

Saran

28

DAFTAR PUSTAKA

29

LAMPIRAN

32

RIWAYAT HIDUP

60

DAFTAR GAMBAR
1 Buah naga daging merah

4

2 Alat yang digunakan: (a) oven pengering, (b) timbangan analitik
(c) desikator, (d) hybride recorder, (e) termokopel

11

3 Diagram alir tahapan penelitian perlakuan panas

12

4 Titik pendugaan suhu pada buah naga

13

5 Diagram alir program penyebaran suhu buah naga

15

6 Penempatan termokopel pada buah naga

18

7 Tampilan program penyebaran suhu pada buah naga

20

8 Tampilan grafik hasil simulasi buah naga kecil

20

9 Hubungan antara nilai pengukuran dan simulasi pada suhu permukaan kulit
luar (T1) buah naga

22

10 Hubungan antara nilai pengukuran dan simulasi pada suhu setengah pusat
(T2) buah naga

22

11 Hubungan antara nilai pengukuran dan simulasi pada suhu pusat (T3)
buah naga

23

12 Hubungan antara nilai hasil pengukuran dan pendugaan finite difference
pada titik setengah pusat

26

13 Hubungan antara suhu pengukuran dan pendugaan model Logistik pada
titik setengah pusat

27
DAFTAR TABEL

1.

Sifat termofisik pada buah naga pada berbagai ukuran

17

2.

Data input program untuk buah naga pada berbagai dimensi

19

3.

Output program penyebaran suhu pada buah naga

20

4.

Parameter pendugaan penyusunan model matematika secara empiris

24

5.

Hasil persamaan model matematika pada buah naga

24

6.

Perbandingan waktu pemanasan, suhu akhir setengah pusat dan error
pada pendugaan

25

DAFTAR LAMPIRAN
1.

Coding program penyebaran suhu buah naga

33

2.

Perhitungan nilai konveksi udara

40

3.

Nilai sebaran suhu pengukuran dan simulasi metode finite difference
pada buah naga besar

4

Nilai sebaran suhu pengukuran dan simulasi metode finite difference
pada buah naga kecil

5

47

Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Gompertz pada
buah naga kecil

9

46

Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Gompertz pada
buah naga besar

8

44

Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Asimtotik pada
buah naga kecil

7

43

Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Asimtotik pada
buah naga besar

6

41

49

Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Eksponensial
pada buah naga besar

50

10 Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Eksponensial
Pada buah naga kecil

52

11 Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Logistik pada
buah naga besar

53

12 Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan model Logistik pada
buah naga kecil

55

13 Algoritma penentuan model matematika penyebaran suhu buah naga

56

14 Dokumentasi penelitian

57

15 Tabel pindah panas air

58

16 Grafik hubungan antara hasil pengukuran dan hasil pendugaan model
Gompertz untuk suhu setengah pusat

58

17 Grafik hubungan antara hasil pengukuran dan hasil pendugaan model
Asimtotik untuk suhu setengah pusat

59

18 Grafik hubungan antara hasil pengukuran dan hasil pendugaan model
Eksponensial untuk suhu setengah pusat

59

DAFTAR SIMBOL
ß
μ
ρ
α
Δr
Δt
Δx

koefisien suhu volume ekspansi
viskositas dinamis
Densitas (massa jenis)
difusivitas panas
Perubahan terhadap nilai r
Perubahan terhadap nilai t
Perubahan terhadap nilai x

(1/ºC)
(Pa.s)
(kg/m3)
(m2/menit)

Perubahan suhu terhadap perubahan jari-jari

A
Bi
Cp
D

Perubahan suhu terhadap waktu
Luas area
Bilangan biot
Panas jenis
Diameter

Fo
g
Gr
h
k
KA
L
M
n
n
Nu
p
Pr
Q
r
T
v
w
Xmodel
XobS

Perubahan suhu terhadap perubahan nilai x
Bilangan Fourier
Kecepatan gravitasi
Angka Grashof
Koefisien konveksi udara
Konduktivitas panas
Kadar air
Panjang bahan
1/Fo
Jumlah data
Posisi node dalam penyelesaian numerik
Angka Nuselt
Waktu dalam penyelesaian numerik
Angka Prandtl
Nilai kalor
Jari-jari
Suhu
Volume
Massa produk
Nilai model
Nilai pengukuran

(m)
(kJ/kgºC)
(m)

(m/s2)
(W/m2 ºC)
(Watt/m ºC)
(% basis basah)
(m)

(kJ)
(m)
(ºC)
(m3)
(kg)
(ºC)
(ºC)

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Buah naga (Hylocereus polyrhizus) merupakan salah satu buah tropis yang
unik. Buah ini memiliki ciri khas pada kulitnya, yaitu warnanya yang cerah dan
dilingkupi dengan sisik berukuran besar menyerupai seekor naga. Tanaman buah
ini digolongkan ke dalam keluarga kaktus dari jenis Hylocereus dan Selenicereus.
Buah naga dengan daging merah ini banyak digemari karena memiliki rasa yang
manis dan sangat bermanfaat untuk kesehatan (Deptan 2012). Buah naga memiliki
prospek yang bagus karena pemasaran untuk setiap wilayah di Indonesia cukup
tinggi. Hasil analisis menunjukkan bahwa potensi pasar yang terbuka lebar
menyebabkan permintaan buah naga setiap musimnya belum mampu terpenuhi hal
tersebut menunjukkan prospek pengembangan hortikultura terutama buah naga
sangat bagus dan sehingga layak untuk dikembangkan baik dalam hal budidaya
maupun penangan pascapanen (Balitbangda 2015)
Seiring dengan semakin meluasnya penanaman buah naga di Indonesia
ternyata juga diikuti dengan terjadinya outbreak hama dan penyakit yang setiap saat
dapat mengancam usaha pengembangan tersebut. Hama yang sering menyerang
tanaman buah naga yaitu tungau, kutu kebul, lalat buah (fruit fly) dan kumbang
Xylopetrus sp. yang dapat merusak buah. Kerugian akibat serangan hama lalat buah
berkisar antara 20–60% tergantung pada jenis buah/sayuran, intensitas serangan
dan kondisi iklim/musim. Lalat buah dapat menyebabkan kerusakan langsung
terhadap 150 spesies tanaman buah dan sayur-sayuran baik di daerah tropis maupun
daerah subtropis (Hasyim et al. 2014).
Ekspor buah-buahan memerlukan tahapan penanganan pascapanen untuk
menjamin buah terbebas dari hama/penyakit. Sebelumnya, pengendalian
pascapanen dengan teknik fumigasi menggunakan etilen dibromida (EDB) dan
metal bromide (MB) menimbulkan kekhawatiran terhadap efek residu kimia yang
dapat membahayakan kesehatan konsumen sehingga penggunaan EDB dilarang
oleh USDA sejak 1984 (Kader 1992 dalam Kazhimi 2013). Proses termal atau
perlakuan panas (heat treatment) kini menjadi salah satu alternatif prosedur
karantina. Proses termal dalam produk kaleng ditujukan untuk membunuh bakteri
Clostridium botulinum, maka proses termal dalam penanganan pascapanen buahbuahan ditujukan untuk membunuh lalat buah (telur/larva) yang terinfestasi di
dalam buah. Kecukupan panas perlu dikaji agar tujuan untuk membunuh
hama/penyakit tanpa menyebabkan kerusakan pada produk tersebut dapat tercapai
(Hasbullah 2007).
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengendalikan
hama/penyakit pada penanganan pascapanen adalah dengan penerapan perlakuan
air panas atau biasa disebut hot water treatment (HWT). Penggunaan HWT ini
bertujuan untuk menekan laju pertumbuhan hama, penyakit, dan serangga
(termasuk telur) yang menyerang buah-buahan tanpa mengakibatkan perubahan
pada produk. Selain bebas dari bahan kimia, cara penggunaan dan proses HWT
terbilang cukup mudah, hanya dengan memanaskan air mencapai suhu 45-50 °C
dapat membunuh lalat buah (Hansen et al. 1992). Kelebihan dari teknik ini adalah
dapat menduga kecepatan penyebaran suhu buah dalam waktu yang singkat.

2

Rumusan Masalah
Penerapan teknologi karantina dengan teknik disinfestasi hama dan
penyakit khususnya pada lalat buah dilakukan menggunakan perlakuan panas (heat
treatment) dan dalam proses ini dilakukan pengukuran secara langsung untuk
mengetahui lama waktu yang dibutuhkan untuk proses penyebaran suhu pada buah
naga tersebut. Proses perlakuan panas pada buah naga berbeda untuk setiap ukuran
buah tersebut, sehingga perlu diketahui dengan cepat berapa waktu yang diperlukan
agar proses perlakuan panas pada buah naga ini optimal.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mempelajari sifat termofisik buah naga merah pada berbagai ukuran
2. Mengkaji pengaruh ukuran dimensi buah naga merah terhadap penyebaran
suhu buah menggunakan metode empiris.
3. Menduga waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu target pada buah
naga merah selama proses perlakuan air panas.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui lama waktu optimal yang
dibutuhkan pada proses perlakuan air panas buah naga untuk ukuran besar dan
kecil. Hasil penelitian ini dapat dijadikan sumbangan pikiran bagi petani atau
pelaku usaha buah naga untuk kemudian program ini digunakan sebagai sarana
monitoring penyebaran suhu selama proses perlakuan panas. Sehingga melalui
program ini, dapat diketahui dengan cepat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai
suhu target pada berbagai dimensi. Selain itu, dapat bermanfaat untuk penelitian
selanjutnya yang akan mengembangkan model matematika.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah menduga waktu pemanasan buah naga
dengan air panas (hot water treatment) pada ukuran yang berbeda serta menduga
penyebaran suhu menggunakan metode finite difference dan empiris.

TINJAUAN PUSTAKA
Buah Naga
Buah naga (dragon fruit) merupakan tanaman yang berasal dari benua
Amerika, kemudian menyebar ke benua Asia termasuk Indonesia pada tahun 2000.
Buah naga merupakan tanaman kaktus dari famili Cactaceae dengan subfamily
Cactoidea, yang terdiri dari buah naga daging putih (Hylocereus undatus), buah
naga merah (Hylocereus polyrhizus), buah naga super merah (Hylocereus
costaricensis) dan buah naga kulit kuning (Selenicerius megalanthus). Ciri khas

3

buah ini adalah memiliki kulit buah semacam sisik (bracts atau scales) menyerupai
kulit naga sehingga di Asia dikenal sebagai dragon fruit. Buah Naga masuk sekitar
tahun 2000 dan pertama kali dibudidayakan dengan cara stek dan penyemaian biji.
Tanaman buah naga biasanya ditanam pada daerah dataran rendah dengan
ketinggian rata-rata 20–500 mdpl dengan kondisi tanah yang gembur, berpori,
berpasir, mengandung bahan organik dan unsur hara, suhu antara 38-40 °C dengan
pH tanah 5-7. Bobot buah naga rata-rata adalah 250-700 gram. Empat jenis
tanaman buah naga yang dibudidayakan, antara lain (Swastika et al. 2012):
a.
Hylocereus undatus
Hylocereus undatus yang lebih terkenal dengan sebutan white pitaya adalah
buah naga yang kulitnya berwarna merah dan daging buahnya berwarna putih.
Berat buahnya rata-rata 0.4-0.7 kg. Kadar kemanisan buah jenis ini tergolong lebih
rendah dibandingkan jenis lainnya.
b.
Hylocereus polyrhizus
Hylocereus polyrhizus memiliki kulit buah berwarna merah dan daging
berwarna merah keunguan lebih banyak dikembangkan di Cina dan Austrlia,.
Tanaman ini tergolong jenis yang sangat rajin berbunga, bahkan cenderung
berbunga sepanjang tahun. Berat buahnya sekitar 0.4-0.5 kg
c.
Hylocereus costaricensi
Hylocereus costaricensis sepintas memang mirip buah Hylocereus
polyrhizus, namun warna daging buahnya lebih merah. Itulah sebabnya tanaman
ini disebut buah naga berdaging super merah. Berat buahnya sekitar 0.4-0.5 kg.
Rasa buahnya manis dengan kadar kemanisan 13-15 briks. Tanaman ini sangat
menyukai daerah yang panas dengan ketinggian rendah sampai sedang.
d.
Selenicereus megalanthus
Selenicereus megalanthus berpenampilan lebih berbeda kulit buahnya
berwarna kuning tanpa sisik dan memiliki rasa buah jauh lebih manis dibanding
buah naga lainnya karena memiliki kadar kemanisan mencapai 15-18 briks. Buah
naga jenis ini mempunyai berat paling kecil jika dibandingkan dengan jenis lainnya,
hanya sekitar 80-100 gram. Buah naga jenis ini biasanya ditanam di daerah dingin
dengan ketinggian lebih dari 800 mdpl.
Tanaman buah naga dalam taksonomi tumbuhan diklasifikasikan sebagai
berikut
Kingdom
: Plantae
Subkingdom
: Tracheobiorta
Divisi
: Spermatphyta
Subdivisi
: Magniliophyta
Kelas
: Magniliopsida
Ordo
: Caryophyllales
Famili
: Cactaceae
Genus
: Hylocereus
Spesies
: Hylocereus undatus, Hylocereus polyrhizus,
Hylocereus costaricensis, Selenicereus megalanthus
Buah naga memiliki prospek yang bagus karena buah naga ini juga kaya akan
manfaat. Buah ini mengandung 90% air, vitamin c, serat, kalsium, zat besi, dan
fosfor yang sangat bermanfaat untuk penyakit darah tinggi (hipertensi). Daging
buah naga yang berwarna merah juga sangat baik untuk memperbaiki penglihatan
mata karena mengandung zat karotenoid. Fitokimia di dalam buah ini juga dapat

4

menurunkan risiko kanker. Kandungan serat dalam buah naga yang tinggi juga
bermanfaat sebagai pengikat zat karsinogen penyebab kanker dan terutama dapat
memperlancar proses pencernaan. Kandungan vitamin C, beta karoten, kalsium
juga baik untuk meningkatkan daya tahan tubuh (Deptan 2012)

Gambar 1 Buah naga daging merah
Hama dan Penyakit Buah Naga
Tanaman buah naga termasuk tanaman relatif mudah perawatannya namun
rentan terhadap hama. Dampak lingkungan baik iklim maupun sanitasi lingkungan
sering menyebabkan terdorongnya timbul hama penyakit yang menyerang buah
naga. Akibat dari serangan hama dan penyakit mengakibatkan hasil produksi yang
tidak maksimal dan mengalami kerugian bagi petani maupun pelaku usaha. Oleh
karena itu perlu diperhatikan apabila terdapat serangan atau mulai muncul gejala
akibat serangan hama penyakit. Berikut adalah beberapa jenis hama yang sering
menyerang buah naga (Deptan 2012):
a.
Kutu kebul (Bemisia tabaci)
Hama ini berukuran 1-1,5 mm, berwarna putih, dan sayapnya ditutupi lapisan
lilin yang bertepung. Gejala serangan kutu kebul pada tanaman buah naga ditandai
dengan adanya bercak nekrotik akibat rusaknya sel-sel dan jaringan tanaman pada
batang atau cabang yang terserang. Ekskresi kutu kebul berupa madu yang
merupakan media tempat tumbuhnya embun jelaga yang berwarna hitam. Hal ini
menyebabkan proses fotosintesis berlangsung tidak normal. Selain kerusakan
langsung pada tanaman, kutu kebul merupakan serangga yang sangat berbahaya
karena berperan sebagai vektor penular virus tanaman. Kerugian akibat serangan
kutu kebul dapat mencapai 20-100%. Hingga saat ini, tercatat sebanyak 60 jenis
virus yang berpotensi ditularkan oleh kutu kebul.
b.
Tungau
Tungau merusak kulit buah dengan cara menghisap cairan sel kulit buah
sampai kering dan rusak. Serangan pada kulit atau cabang menyebabkan rusaknya
jaringan yang berfungsi untuk asimilasi klorofil dari hijau ke cokelat. Pada serangan
berat kulit buah menjadi kusam dan burik. Tungau berkembang biak pada cuaca
panas dan populasinya meningkat secara cepat terutama pada musim kemarau.
c.
Fusarium
Penyakit ini disebabkan oleh cendawan Fusarium oxysporium. Gejala
serangan antara lain cabang tanaman berkerut, layu dan buah busuk berwarna
cokelat. Pengendalian terhadap serangan bakteri ini dapat dilakukan dengan
penyemprotan tanaman menggunakan pestisida nabati, seperti daun serai, bawang

5

putih, kunyit, serta bawang merah. Upaya lain yang bisa dilakukan adalah dengan
pemanfaatan agensia hayati, seperti Trichoderma sp. dan Gliocldium sp.
d.
Lalat buah (fruit fly)
Salah satu hama yang sering menyerang produk pertanian terutama produk
horitultura adalah lalat buah. Lalat buah ini merupakan hama yang sangat
berpotensi menimbulkan kerugian (Maysaroh 2014). Lalat yang menjadi perhatian
dalam karantina tanaman adalah lalat dari famili Tephritidae. Secara umum lalat
famili tersebut dibagi kedalam empat genus, yaitu ceratitis, bactrocera, anastrepha,
dan rhagoletis. Genus bactrocera merupakan lalat yang sering menyerang buahbuahan tropis dikawasan Asia dan Afrika. Penelitian sebelumnya mengemukakan
bahwa pada buah pepaya yang masih hijau terdapat bercak kecil kebasahan, bagian
tersebut mengeluarkan getah yang berbentuk bintik atau tanduk yang lekat
mencapai kedalaman 1 cm. Hal tersebut terjadi karena tusukan lalat buah betina
untuk mengeluarkan telurnya yang menjadi larva. Lalat buah memiliki empat
stadium metamorphosis, yaitu telur, larva, pupa dan imago. Larva merupakan
stadium yang paling merusak produk karena aktivitasnya merusak jaringan buah.
Larva tersebut mengeluarkan sebuah enzim yang dapat mengakibatkan buah
berwarna cokelat serta rasa daging terasa pahit bahkan tampilan buah dapat rusak
(Hasbullah 2007)
Teknologi karantina
Menurut Hasbullah (2007), beberapa negara pengimpor menerapkan
prosedur karantina secara ketat agar produk segar buah-buahan dapat diterima.
Tanpa peranan teknologi karantina, produk hortikultura Indonesia sulit menembus
pasar internasional. Teknologi karantina diterapkan untuk mematikan semua
aktivitas stadium serangga atau hama mulai dari telur hingga stadium dewasa.
Penerapan teknologi karantina dapat dilakukan dengan cara penyimpanan suhu
rendah (2-3 ºC) selama 16–18 hari, iradiasi dengan sinar gamma, fumigasi dan
perlakuan panas (heat treatment).
Iradiasi saat ini belum dapat diterima oleh konsumen karena masalah radiasi
yang berbahaya. Iradiasi dengan dosis rendah antara 0.15 – 0.3 kGy sangat efektif
mengendalikan lalat. Perlakuan teknologi karantina dengan cara iradiasi gamma
sudah pernah dilakukan oleh Chairul et al. (2007) menggunakan komoditas cabai
merah. Cabai yang dipanen sering pula mengandung residu insektisida, sehingga
perlu diamati pengaruh iradiasi gamma terhadap residu insektisida yang
dikandungnya. Iradiasi sinar gamma yang diberikan dengan dosis 0,5-1,5 kGy.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan residu insektisida dimetoat pada
cabai merah keriting dapat dikurangi sampai + 60% dari residu awal (sebelum di
iradiasi) dengan perlakuan iradiasi sinar- . Selain itu, Sugianti et al. 2012
melakukan penelitian mempelajari pengaruh iradiasi terhadap mortalitas lalat buah
(fruit fly) spesies Bactocera papayae (oriental fruitfly) pada buah mangga gedong,
dan mempelajari pengaruh dosis iradiasi dan suhu penyimpanan terhadap sifat
fisiologi dan mutu buah mangga gedong. Hasil penelitian menunjukkan untuk hasil
uji mortalitas B. papayae terhadap dosis 0.75 kGy mencapai 100%.
Penggunaan oven gelombang mikro dengan daya 720 W selama 60 detik
mampu membunuh serangga hama gudang jenis Tribolium castaneum.
Penggunaan oven gelombang mikro 915 MHz pernah dilakukan oleh Ikediala et al.

6

(1999) selama 1 – 2 hari dan hasilnya dapat membunuh 63 – 98%. Menurut Utama
(2001) dalam Hasbullah (2016), Penyimpanan pada suhu 0.5ºC atau dibawahnya
selama 14 hari dapat memenuhi persyaratan karantina pasar dunia. Produk yang
dapat diperlakukan dengan cara ini adalah apel, apricot, buah kiwi, nectarine,
peaches, pears, plum, delima dsb. Penyimpanan dingin tidak dianjurkan untuk
buah-buahan tropis karena butuh waktu yang cukup lama dan dapat menyebabkan
kerusakan pada buah (chilling injury).
Fumigasi merupakan disinfestasi dengan menggunakan fumigan yang
bersifat racun bagi hama. Teknik Fumigasi dapat diaplikasikan menggunakan metil
bromid pada suhu 5-25 ºC dengan dosis 16–48.5 g/m3 selama 2-4 jam. Walaupun
efektif tetapi dicurigai bersifat karsinogenik (penyebab penyakit kanker) maka saat
ini sudah dihentikan penggunaannya. Kekhawatiran akan penerapan teknologi
karantina yang dapat menimbulkan efek samping bagi kesehatan manusia, kini
sedang dikembangkan metode perlakuan panas untuk teknologi karantina produk
buah-buahan tropis. Perlakuan panas pada suhu 46-47 ºC selama 20-30 menit
mampu mengendalikan lalat buah serta mencegah busuk pangkal pada buah-buahan
tropis. Sudah banyak peneliti yang mengembangkan metode ini, selain aman
metode ini juga mudah untuk dilakukan seperti Muthmainnah (2012)
mengembangkan pemberian uap panas pada jambu Kristal dan Kazhimi (2011)
pemberian uap panas pada buah manga gedong gincu.
Perlakuan Panas (Heat Treatment)
Manurut Hasbullah (2007), beberapa tahun terakhir kepentingan dalam
penggunaan perlakuan panas untuk mengendalikan hama serangga dan mencegah
jamur yang dapat mempercepat pembusukan semakin meningkat. Hal ini karena
kekhawatiran konsumen terhadap efek penggunaan bahan kimia yang dapat
mengganggu kesehatan. Penerapan perlakuan panas dapat menjadi alternatif utama
dalam penerapan teknologi karantina produk segar buah-buahan.
Terdapat tiga metode yang digunakan sebagai perlakuan panas yaitu
perlakuan uap panas (vapor heat treatment), perlakuan air panas (hot water
treatment) dan perlakuan udara panas (hot air treatment). Perlakuan air panas
sebenarnya digunakan untuk mengontrol jamur namun sekarang sudah digunakan
untuk disinfestasi serangga. Perlakuan uap panas (vapor heat treatment)
dikembangkan khusus untuk mengontrol serangga dan perlakuan udara panas (hot
air treatment) dapat mengontrol jamur, pengendalian serangga, dan untuk
mengetahui respon suatu komoditas terhadap suhu tinggi. Perlakuan panas sebelum
penyimpanan dapat menghambat sintesis enzim yang terlibat dalam proses
pemasakan buah tomat termasukenzim yang terlibat dalam sintesis etilen (Lurie et
al. 1996), yakni 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) sintase dan
oksidase.Selain itu, penelitian sebelumnya juga sudah membuktikan bahwa
kombinasi antara perlakuan suhu rendah dengan perlakuan air panas untuk
mengontrol lalat buah pada melon. Melon disinfestasikan tanpa perlakuan panas
dijaga selama 24 jam pada suhu 32 ºC kemudian dicelupkan kedalam air panas pada
suhu 45 ºC selama 1 jam (Klein dan Lurie 1992).
Pada umumnya semakin tinggi suhu yang digunakan maka akan semakin
efektif untuk membunuh hama/penyakit,tetapi penggunaan suhu terlalu tinggi
dalam waktu yang lama dapat menyebabkan penurunan mutu produk seperti rasa,

7

tekstur,perubahan warna dan kandungan nutrisi (Larasati 2003). Oleh karena itu,
proses karantina perlu dilakukan guna membunuh lalat buah tanpa menimbulkan
kerusakan pada buah itu sendiri.(Hasbullah 2007). Menurut Lurie dan Pedreschi
(2014), perlakuan air panas (hot water treatment) digunakan untuk suhu 50–56 ºC
dalam beberapa menit untuk mengontrol jamur dan pathogen. Waktu pencelupan
untuk buah segar tropis mencapai 1 jam atau lebih pada suhu dibawah 50ºC (Paull
1992 dalam Hasbullah 2007).
Pindah Panas (Heat Transfer)
Pindah panas merupakan salah satu displin ilmu teknik termal yang
mempelajari cara menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan
menukarkan panas di antara sistem fisik. Panas dapat dipindahkan nelalui tiga cara
yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Ketiga perpindahan panas tersebut
membutuhkan perbedaan suhu tinggi antar media. Proses pindah panas pada ketiga
cara tersebut dapat terjadi secara bersamaan namun hal tersebut dipengaruhi
besarnya pergerakan suatu fluida. Konduksi dapat terjadi pada padatan, cairan atau
gas. Pada gas dan cairan, konduksi ditujukan untuk tumbukan dan difusi dari
pergerakan acak molekul. Sedangkan pada padatan, konduksi ditujukan untuk
menggabungkan getaran-getaran molekul didalam polarnya dan pengangkutan
energi oleh elektron bebas (Cengel 2003).
Konduksi dapat dianggap sebagai transfer dari substansi yang berenergi
tinggi ke partikel yang memiliki energy rendah karena adanya interaksi antar
partikel tersebut. Hubungan laju perpindahan panas dengan medium konduksi dan
gradient suhu dinyatakan dengan persaman Fourier (Michael 2006).
k . A.dT .............................................................................................................(1)
Q
dx

Sifat Termofisik Bahan Pertanian
Sifat termofisik bahan pertanian merupakan sifat-sifat yang dimiliki oleh
produk berkaitan dengan sifat fisik dan panas yang merupakan ciri khas bahan
petanian. Sifat fisik dan sifat panas merupakan faktor penting dalam menyelesaikan
permasalahan proses pindah panas yang terjadi pada bahan pertanian secara
optimal. Sifat fisik dan sifat panas bahan pertanian terdiri dari karakteristik dimensi,
massa jenis, viskositas fluida, difusivitas panas, konduktansi unit permukaan, panas
laten, panas jenis, konduktivitas panas, dan koefisien pindah panas (Mohsenin
1980). Beberapa sifat fisik yang berhubungan dengan difusivitas panas yaitu:
1. Sifat fisik
a. Karakteristik dimensi
Karakteristik dimensi yang perlu didefinisikan dan dihitung sebelum
menyelesaikan permasalahan pindah panas bahan pertanianyaitu bentuk,
ukuran, dan volume. Menetukan sifat termal suatu bahan, dapat dilakukan
persiapan sampel bahan dengan karaketristik yang dikenal. Menurut
Mohsenin (1980), bahan yang memiliki bentuk geometri bebas atau tidak
beraturan maka bentuknya dibatasi dalam wadah geometri yang diketahui
sehingga perpindahan panasnya dapat diketahui.

8

b. Massa jenis
Sifat fisik bahan pertanian yang penting lainnya adalah massa jenis
(density). Massa jenis merupakan perbandingan massa terhadap volume.
Massa jenis dapat dituliskan dalam bentuk berat spesifik dengan satuan
kg/m3. Menurut Mohnsenin (1980) terdapat 3 macam massa jenis, yaitu:
1) Bulk density adalah perbandingan massa tumpukan terhadap volume
totalnya dimana volume total tersebut dihitung berdasarkan volume
produk dan rongga udara. Nilai ini dapat ditentukan dengan persamaan:
−
�� =
………………………………………………….………(2)
2) Apparent density adalah perbandingan massa terhadap volume dalam
kondisi normal dimana volume produk didasarkan penerapan hukum
Archimedes. Persamaan yang digunakan adalah:


W
………………………………………………………….(3)
V 2 V 1

3) True density(solid density) yaitu perbandingan massa padatan produk
terhadap volumenya dimana massa dan volume produk didasarkan pada
padatan produk.
2. Sifat panas
a. Panas jenis
Panas jenis merupakan jumlah panas yang diperlukan untuk
menaikkan satu satuan suhu pada satuan massa tertentu dari suatu bahan
dengan satuan kJ/kg0C. Panas jenis pada bahan terbagi menjadi dua
macam, yaitu pada volume tetap dan tekanan tetap. Pada umumnya untuk
bahan pertanian digunakan pindah panas dengan tekanan tetap, hal tersebut
karena pengaruh tekanan pada perubahan panas jenis benda padat dan
cairan sangat kecil sehingga dapat diabaikan (Mohnson 1980). Panas jenis
untuk benda dengan kadar air lebih dari 60% dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan Siebel (Heldman dan Singh 1980):
= .
+ .
� %
…………..…………………………...(4)
b. Konduktivitas panas
Konduktivitas panas adalah jumlah panas yang mengalir dalam
satuan unit waktu, melalui luas penampang tertentu yang diakibatkan oleh
adanya perbedaan suhu. Satuan dari konduktivitas panas yaitu Watt/m0C.
Konduktivitas panas untuk benda dengan kadar air lebih dari 60% dapat
dihitung dengan persamaan Sweat (1974) berikut:
�= .
+ .
� %
…………….……………………….(5)
c. Difusivitas panas
Difusivitas panas dapat dinyatakan sebagai laju penyebaran panas
yang keluar dari bahan. Nilai ini dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan:

�=

�

……...…………..……………………………………… .….(6)

Bahan pertanian yang memiliki nilai konduktivitas panas yang tinggi atau
kapasitas panas yang rendah akan mempunyai nilai difusivitas panas yang tinggi
(Cengel 2003). Selain sifat fisik dan sifat panas yang telah disebutkan diatas,
pengukuran dasar yang diperlukan yaitu kadar air bahan pertanian yang diuji.
Pengukuran kadar air dilakukan dengan menggunakan metode oven pengering.
Pengukuran kadar air ini bertujuan untuk mengetahui persentase banyaknya jumlah

9

air yang terkandung dalam buah naga. Persamaan yang digunakan untuk mngukur
kadar air yaitu:
KA =

� −��
�

…………………………………………….……………………….(7)
Metode Beda Hingga (Finite Difference)

Finite difference atau beda hingga merupakan suatu pernyataan matematis
yang memiliki bentuk f(x+b)-f(x+a). Finite difference adalah metode yang
digunakan sebagai solusi pendugaan dengan menggunakan persamaan differential
parsial dan banyak digunakan dalam masalah perpindahan panas (Dieter 2000).
Menurut Luknanto (2003), metode finite difference ini menggunakan deret Taylor
yang diputus pada orde tertentu sesuai kebutuhan yang ada. Deret Taylor dalam
artian fisik dapat diartikan sebagai suatu besaran tinjauan pada suatu ruang dan
waktu tertentu yang dapat dihitung dari besaran itu sendiri pada ruang dan waktu
tertentu yang mempunyai perbedaan kecil dengan ruang dan waktu tinjauan yang
secara matematis dinyatakan sebagai berikut:
(x)1 (1)
(x) 2 (2)
(x) n (n)
f ( xi  x)  f ( xi ) 
f ( xi ) 
f ( xi )  .... 
f ( xi )  ... .. (8a)
1!
2!
n!
f ( xi  x)  f ( xi ) 

Pendekatan dari

(x)1 (1)
(x) 2 (2)
(x) n (n)
f ( xi ) 
f ( xi )  .... 
f ( xi )  ... .. (8b)
1!
2!
n!

f
dapat ditulis sebagai:
x

1. Skema maju
f (1) ( x) 

f ( xi  x)  f ( xi )
..................................................................... (9)
x

2. Skema mundur
f (1) ( x) 

f ( xi )  f ( xi  x)
.................................................................... (10)
x

3. Skema tengah
f (1) ( x) 

f ( xi  x)  f ( xi  x)
............................................................. (11)
x

Beda hingga dikelompokkan dalam 2 macam menurut Luknanto (2003) yaitu:
1. Metode eksplisit
Metode yang digunakan untuk mencari besarnya temberatur T di titik i
pada waktu n, berdasarkan besarnya temperatur T di titik i-1, i, dan i+1 pada
waktu n.
2. Metode implisit
Metode yang digunakan untuk mencari besarnya temperatur T di titik i1, i+1 pada waktu n+1 berdasarkan besarnya r T dititik pada waktu n.

Metode Empiris

10

Model matematika dengan menggunakan metode empiris dikembangkan
untuk menjelaskan proses-proses termal pada suatu komoditas yang terjadi selama
perlakuan panas. Metode empiris merupakan metode penelitian yang berdasarkan
percobaan yang telah dilakukan sebelumnya (Suharjito 2014). Beberapa model
matematika digunakan untuk menggambarkan penetrasi panas telah diaplikasikan
pada buah-buahan dan sayuran. Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Hasbullah et
al. (2001) bahwa model logistik dapat menduga dengan baik penyebaran suhu buah
manga ‘irwin’ dengan menggunakan metode hot water treatment selama 90 menit
dan vapour heat treatment pada 150 menit dengan suhu 46.5 ºC. Persamaanpersamaan yang digunakan yaitu (Hasbullah 2014):
1. Model Logistik Tϴ =

+ exp − �

...……….……………………….....(12)

2. Model Asimtotik Tϴ = A – B exp (-Kϴ) ……….…........….………….........(13)
3. Model Gompertz Tϴ = A exp(-B exp (-Kϴ)) ……….…..........………...……(14)
4. Model Eksponensial Tϴ = ( A– B )(1-exp (Kϴ)) + B ...……….......………..(15)
Keterangan :
A
B
K
Exp
Tϴ

= suhu media (47.5 ºC)
= suhu awal buah sebelum dipanaskan (29-31 ºC)
= rataan laju kenaikan suhu setiap 1 menit (0.5 – 0.005 ºC)
= logaritme dasar (2,30259)
= suhu pada waktu (ºC)
ϴ
= satuan waktu (menit)
Proses perhitungan statistik dilakukan dengan menggunakan program
Statistical analysis system (SAS). Perbedaan nilai tengah paremeter tiap model
dilakukan pengujian nilai tengah menggunakan uji Duncan pada taraf 0.05 dan
untuk menguji perbedaan nilai tengah parameter antar ukuran dilakukan dengan uji
BNT pada taraf 0.05

METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini telah dilaksanakan di Laboratorium Siswadhi Soepardjo
(Leuwikopo), Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian, dan
Laboratorium Teknik Lingkungan Biosistem, Departemen Teknik Mesin dan
Bosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, selama tiga bulan
mulai bulan April – Juni 2016.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan adalah buah naga daging merah (hylocereus
polyrhizus) yang diperoleh dari Sabisa farm, Bogor dengan umur panen 35-40 hari
setelah penyerbukan. Alat yang digunakan antara lain, unit HWT Chamber (water

11

bath), hybrid recorder, termokopel, timbangan analitik, oven pengering, sebuah
perangkat laptop yang dilengkapi dengan Statistical analysis system (SAS) dan
Microsoft Visual Basic 6.0.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Gambar 2 Alat yang digunakan: (a) oven pengering, (b) timabangan analitik,
(c) desikator, (d) hybride recorder, (e) water bath, (f) termokopel

12

Prosedur Penelitian
Penelitian ini meliputi pengukuran langsung terhadap perlakuan air panas
pada buah naga daging merah dengan dua ukuran yaitu besar dan kecil. Nilai
analisis termofisik dijadikan data input pada program Microsoft visual basic 6.0
dengan metode finite difference. Tahap selanjutnya membuat simulasi pendugaan
suhu menggunakan metode empiris dengan menyusun mode matematika yang
memanfaatkan program statistical analysis system (SAS).
Perlakuan air panas (hot water treatment)
Buah naga dipanaskan dengan suhu medium ±47.5 ºC dan suhu pusat buah
±46 ºC. Data yang diperoleh dari pengukuran langsung digunakan sebagai
perbandingan terhadap hasil yang diperoleh dari pendugaan suhu dan lama proses
perlakuan panas dengan SAS dan program Microsoft Visual Basic 6.0. Diagram alir
penelitian perlakuan panas dapat dilihat pada Gambar 3.
Mulai

Persiapan penelitian: Kalibrasi termokopel, pengecekan hybride
recorder, pengisian air pada water bath.
Pemanasan air pada suhu 47.5◦C
Pemisahan sampel buah naga menjadi 2
ukuran: besar dan kecil
Pengambilan data primer

Suhu dan waktu
pemanasan

Pembuatan program simulasi dan
model matematika
Selesai

Gambar 3 Diagram alir tahapan penelitian perlakuan panas
Analisis Termofisik
Data ini digunakan untuk mencari nilai inputan program komputer, antara lain
kadar air bahan, konduktivitas panas, panas jenis, massa jenis, dan difusivitas
panas.
1. Pengukuran kadar air dilakukan dengan menggunakan metode oven
pengering dengan prosedur sebagai berikut.
a. Suhu oven diatur ± 105 0C.
b. Wadah atau cawan kosong ditimbang.
c. Buah naga ditimbang sebesar 7-10 gram kemudian dimasukkan ke
dalam cawan yang sudah diketahui beratnya.

13

d. Cawan dipanaskan dalam oven selama 20 jam.
e. Pendinginan dalam desikator hingga mencapai suhu kamar kemudian
dilakukan penimbangan.
f. Sampel dipanaskan ulang selama 30 menit dan didinginkan kembali
dalam desikator untuk kemudian ditimbang kembali.
g. Pengulangan prosedur dilakukan hinga berat bahan stabil.
2. Massa jenis buah naga diukur dengan menggunakan metode apparent
density yang didasarkan pada penerapan hukum Archimedes dengan
prosedur sebagai berikut:
a. Sebuah wadah berisi air disiapkan.
b. Volume air diukur sehingga didapatkan V2.
c. Buah naga ditimbang dan didapatkan nilai W.
d. Buah naga dimasukkan ke dalam wadah berisi air, lalu volume air yang
tersisa didalam wadah diukur sehingga didapatkan nilai V1.
e. Nilai massa jenis dapat dihitung dengan Persamaan 3.
3. Nilai panas jenis dihitung dengan Persamaan 4, konduktivitas panas
dihitung dengan Persamaan 5, dan difusivitas panas dihitung dengan
Persamaan 6.
Simulasi Pendugaan Suhu dan Lama Proses Perlakuan Panas
Simulasi pendugaan suhu dan lama proses perlakuan panas telah dilakukan
oleh peneliti sebelumnya pada buah manga dan jambu kristal (Muthmainnah 2014)
menggunakan program “penyebaran suhu pada bola” yang dibuat oleh Puspitojati
(2003). Simulasi ini telah dimodifikasi untuk pendugaan suhu dan lama perlakuan
panas untuk komoditas buah naga. Adapun titik-titik pendugaan suhu selama proses
perlakuan panas seperti pada Gambar 4.
T2
ak
T3
T1

Gambar 4 Titik pendugaan suhu pada buah naga
Keterangan:
T1: Suhu pada permukaan buah naga
T2 : Suhu pada setengah tebal daging buah (setengah pusat)
T3 : Suhu pada pusat buah
Persamaan yang digunakan untuk menduga suhu pada ketiga titik tersebut yaitu:
1 Suhu permukaan (T1) dihitung dengan persamaan:
+
. −
−
� ………….....(16)
=
. ( �.
� +
+ )+
Syarat kestabilan suhu: Fo. (1 + Bi) ≤
2 Suhu pada setengah tebal daging buah (T2) dihitung dengan persamaan:
+
………………………………….(17)
= .( + + − −
)+
Syarat kestabilan suhu: Fo ≤

14

3

Suhu pada pusat buah (T3) dihitung dengan persamaan:
+
……………………………………….....(18)
=
.( + − ) +
Syarat kestabilan suhu: Fo ≤
Persamaan 16, 17, dan 18 merupakan persamaan yang akan digunakan pada
program pendugaan suhu selama waktu perlakuan air panas. Diagram alir program
penyebaran suhu terlihat pada Gambar 5.
Verifikasi Model

Verifikasi dilakukan dengan menganalisis koefisien determinasi yang
terbentuk pada hubungan linear antara penyebaran suhu pengukuran dan simulasi
(Puspitojati 2003). Perhitungan nilai kesalahan dilakukan dengan membandingkan
besarnya suhu hasil pengukuran pada masing-masing titik dan pendugaan.
Besarnya tingkat kesalahan dapat dinyatakan dalam bentuk kesalahan relative yaitu
membandingkan kesalahan yang terjadi dengan nilai sebenarnya (Bamaba 1998
dalam Musfiroh 2012). Besarnya kesalahan dapat dihitung menggunakan:
1 Koefisien determinasi (R2). Nilai R2 dari variasi yang terjadi dalam variabel tak
bebas (Y) dapat dijelaskan oleh adanya regresi linier Y atas X. Nilai koefisien
korelasi diperoleh dengan mengambil akar dari nilai R2 (Sudjana 1975 dalam
Muthmainnah 2014).
2 Menurut Trolle (2010), Root Mean Square Error (RMSE) adalah suatu indikator
untuk menghitung perbedaan antara hasil pengukuran sebenarnya dengan
simulasi model. Rumus untuk menghitung nilai root mean square error yaitu:
=√

∑�−

��,� −

,�

..................................................(19)

15

Mulai
Tbahan, Tmedia, α, r,
KA, Hmedia, dt

dr =

�

CP = (0.837+0.034(KA%)) x 1000
�

K=

M=

∆

Fo =

Bi =

∆�
�

ℎ �

M≥β
Fo (Bi + 1) < 0.5

Tidak

Sebaran suhu (Persamaan 16 – 18)
Awal distribusi t=0

I=I+1

Waktu = Waktu + dt

Tidak

T3 = Tmedia-1

Waktu, T1, T2, T3

Selesai

16

Gambar 5 Diagram alir program penyebaran suhu buah naga

HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Termofisik Buah Naga
Buah-buahan merupakan produk hortikultura yang mempunyai sifat mudah
rusak (perishable). Produk hortikultura merupakan jaringan yang dapat tetap hidup
walaupun setelah dipanen karena kandungan airnya yang tinggi dapat menyebabkan
terjadinya respirasi dan transpirasi secara berkelanjutan. Perubahan fisiologis
utama yang terjadi pada proses pematangan buah adalah perubahan fisik dan
perubahan kimiawi (Ropai et al. 2013). Penanganan pascapanen yang tepat dapat
mempertahankan kualitas dan memperpanjang masa umur simpan produk. Salah
satu penanganan pascapanen adalah dengan menerapkan sistem teknologi
karantina, seperti penyimpanan pada suhu rendah, iradiasi dengan sinar gamma,
fumigasi dan perlakuan panas. Perlakuan panas merupakan cara yang paling
sederhana dan tidak menimbulkan kerusakan pada produk hortikultura.
Sifat–sifat panas (thermal properties) bahan merupakan parameter penting
yang dibutuhkan untuk menduga laju perubahan suhu bahan sehingga dapat
ditentukan waktu optimum yang dibutuhkan dalam pengolahan, pengeringan,
pendinginan atau penyimpanan (Lamhot et al. 2012). Karakteristik atau sifat
termofisik pada masing-masing produk perlu diketahui untuk mendapatkan hasil
penanganan yang optimal. Perlakuan panas berkaitan erat dengan proses pindah
panas, sifat panas akan menentukan karakteristik perubahan suhu produk sehingga
dapat ditentukan kebutuhan energi dan waktu perlakuan yang tepat (Weindenfellera
2004). Sifat termofisik bahan pangan meliputi nilai kadar air, panas jenis, massa
jenis, difusivitas panas, dan konduktivitas panas. Kadar air dipengaruhi oleh tingkat
kematangan buah tersebut, dimana buah mentah yang menjadi matang akan selalu
bertambah kandungan airnya, namun kadar air buah naga tidak dipengaruhi oleh
dimensi buah, hal ini berdasarkan hasil pengukuran didapatkan nilai kadar air yang
tidak jauh berbeda yaitu sebesar 87.94 % untuk buah naga ukuran besar dan 87.57%
untuk buah naga ukuran kecil.
Panas jenis merupakan jumlah energi yang dibutuhkan oleh satu satuan berat
bahan untuk menaikkan suhunya sebesar satu derajat (Holman 1984 dalam Lamhot
2012). Panas jenis bahan ditentukan dengan menggunakan persamaan Siebel
(Persamaan 4). Nilai panas jenis dipengaruhi oleh kadar air suatu bahan itu sendiri,
hubungan antara kadar air dengan panas jenis adalah berbanding lurus, dimana
semakin tinggi kadar airnya, maka akan semakin tinggi nilai panas jenisnya.
Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan nilai panas jenis (Cp) untuk ukuran
besar yaitu 3.8269 kJ/kgoC, dan untuk ukuran kecil yaitu sebesar 3.8144 kJ/kgoC.
Tidak terlihat perbedaan yang signifikan pada nilai panas jenis buah naga, hal ini
menunjukkan adanya korelasi positif antara panas jenis dan kadar air karena panas
jenis air lebih tinggi dari padatannya. Sehingga penggunaan rumus Siebel untuk
perhitungan Cp cukup baik digunakan pada bahan yang mengandung kadar air
tinggi. Konduktivitas panas adalah sifat termal suatu bahan untuk mengalirkan
panas dalam satuan unit waktu, melalui luas penampang tertentu yang diakibatkan
oleh adanya perbedaan suhu. Nilai konduktivitas (k) untuk hayati biasanya banyak
dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti struktur sel/fisik, komposisi kimia bahan,

17

dan kandungan air (Lamhot 2012). Nilai konduktivitas panas buah naga yang
diperoleh dari persamaan 5, yaitu 0.5815 Watt/moC untuk buah naga ukuran besar
dan 0.5797 Watt/moC untuk buah naga ukuran kecil. Berdasarkan hasil pengukuran
tersebut, konduktivitas panas kedua ukuran buah tidak memiliki perbedaan terlalu
jauh, hal tersebut karena nilai kadar air dari buah naga itu saling mendekati.
Sifat termofisik lainnya adalah massa jenis (ρ) dan disfusivitas panas (α).
Massa jenis didefinisikan sebagai perbandingan antara massa bahan dengan
volumenya. Massa jenis ini diukur untuk menentukan nilai disfusivitas panas buah
naga. Difusivitas panas diartikan sebagai laju pada saat panas terdifusi keluar dari
bahan. Nilai difusivitas panas dipengaruhi oleh konduktivitas panas (k), panas jenis
(Cp), dan massa jenis bahan (ρ). Buah naga ukuran besar memiliki nilai difusivitas
panas sebesar 0.000162 m2/menit sedangkan untuk buah naga ukuran kecil sebesar
0.000164 m2/menit, terlihat bahwa nilai difusivitas kedua buah naga tersebut
berbeda. Buah naga dengan ukuran besar memiliki nilai difusivitas yang lebih kecil
dibanding nilai difusivitas panas untuk buah ukuran kecil, hal tersebut karena panas
jenis buah naga ukuran besar lebih tinggi, dimana jika diaplikasikan pada
Persamaan 6 akan diperoleh nilai difusivitas yang lebih kecil untuk buah naga
ukuran besar. Berdasarkan nilai difusivitasnya, buah naga berukuran besar akan
mengalami proses perlakuan panas yang lebih lama dibanding yang lainnya karena
laju penyebaran panas yang keluar dari bahan akan semakin rendah. Sifat termofisik
buah naga pada berbagai ukuran tersaji dalam Tabel 1.
Tabel 1 Sifat termofisik buah naga pada berbagai ukuran
Diameter
Ukuran
(m)

KA
(%)

ρ
(kg/m3)

Cp
(kJ/kg◦C)

Besar

0.102

87.94

938.03

3.8269

Kecil

0.083

87.57

928.55

3.8144

Konduktivitas
α
panas
2
(m /min)
(Watt/m◦C)
9.6925
0.000162
9.6810

0.000164

Perlakuan Air Panas (Hot Water Treatment) Pada Buah Naga
Perlakuan panas merupakan salah satu alternatif penanganan pascapanen
dalam prosedur karantina. Kekhawatiran konsumen akan resiko bahan kimia
membuat perlakuan panas menjadi salah satu alternatif utama untuk pengendalian
hama penyakit pascapanen dan terus dikembangkan dalam sistem karantina buahbuahan/sayuran. Menurut Couey et al. (1989) dalam Hasbullah (2007), terdapat tiga
macam perlakuan panas yaitu dengan uap panas (vapor heat treatment), udara
panas (hot air treatment) dan perlakuan air panas (hot water treatment).
Hot water treatment (HWT) atau perlakuan air panas merupakan metode
pemanasan buah-buahan/sayuran dengan utair bersuhu tinggi. Metode ini lebih
efisien karena dapat menghantarkan panas secara total ke seluruh bahan bukan
hanya bagian permukaan atau dasarnya saja. Perlakuan panas se