Pengembangan sistem evaluasi buah manggis secara non destruktif dengan gelombang ultrasonik
PENGEMBANGAN SISTEM EVALUASI BUAH MANGGIS
SECARA NON DESTRUKTIF
DENGAN GELOMBANG ULTRASONIK
DEDY A LHA RIS N A SUTIO N
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pengembangan Sistem
Evaluasi Buah Manggis Secara Non Destruktif Dengan Gelombang Ultrasonik
adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan
dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka
di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, September 2006
Dedy Alharis Nasution
NIM F.126010021
ABSTRAK
DEDY ALHARIS NASUTION. Pengembangan Sistem Evaluasi Buah Manggis
Secara Non Destruktif Dengan Gelombang Ultrasonik . Dibimbing oleh HADI K.
PURWADARIA, I. WAYAN BUDIASTRA, AMORANTO TRISNOBUDI, dan
SUROSO.
Manggis merupakan komoditas unggulan Indonesia dengan nilai ekspor
yang tertinggi yaitu $US 9.31 juta pada tahun 2003. Namun manggis asal
Indonesia sering memperoleh claim akibat mutu daging buah yang tidak dapat
dijamin. Untuk memenuhi tuntutan dari negara pengimpor bahwa bukan hanya
mutu luarnya saja yang harus berkondisi baik namun juga mutu dalamnya (tidak
bergetah kuning dan busuk atau tidak keras, berwarna putih segar, dan memiliki
rasa manis yang cukup) maka diperlukan penanganan sortasi yang baik.
Kemampuan penanganan sortasi masih terbatas pada kondisi fisik luar sedangkan
kondisi dalam manggis secara visual tidak dapat diketahui. Tujuan penelitian ini
adalah mengkaji karakteristik gelombang ultrasonik untuk pengembangan teknik
sortasi mutu dalam manggis secara non destruktif.
Sistem pengukuran
karakteristik gelombang ultrasonik pada manggis telah dirakit untuk menentukan
tingkat ketuaan dan total gula pada frekuensi 50 kHz, sedangkan time base yang
sesuai untuk berbagai tingkat ketuaan dan kematangan buah manggis adalah
400μs/div.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kecepatan rambat gelombang
ultrasonik berkorelasi cukup baik dengan tingkat ketuaan maupun total gula
manggis, dimana kecepatan menurun dengan bertambahnya tingkat ketuaan
maupun total gula. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik manggis rusak
berbeda nyata dengan manggis tidak rusak. Kecepatan rambat gelombang
ultrasonik pada manggis tidak rusak ≤ 0.1339 mm/µs, sedangkan pada.manggis
rusak > 0.1339 mm/µs.
Ketepatan validasi jaringan saraf tiruan yang
dikembangkan untuk pendugaan tingkat ketuaan, tingkat kemanisan, dan manggis
rusak masing-masing sebesar 86.67 %, 80.95 %, dan 90.00%.
Prediksi masa simpan menggunakan peubah kecepatan rambat gelombang
ultrasonik. Berdasarkan hasil uji organoleptik masa simpan untuk buah manggis
pada suhu ruang adalah 9 hari. Pada masa simpan tersebut kecepatan rambat
gelombang ultrasonik (c) adalah 0.1339 mm/μs. Dengan demikian laju perubahan
per hari dari kecepatan rambat gelombang ultrasonik (k) selama masa simpan
adalah 0.0011 mm/μs. Jika kecepatan rambat gelombang ultrasonik (c) diketahui
maka persamaan perkiraan umur simpan (t) buah manggis adalah : t = {(c0.1240)/0.0011} hari, dan persamaan perkiraan sisa umur simpan yang dapat
dipertahankan bagi buah manggis (t’) adalah : {(0.1339-c)/0.0011} hari.
ABSTRACT
Mangosteen remains at the highest value among the exported Indonesian
fruits amounting to 9.31 million USD in 2003. However, claim for inner quality
is often imposed to Indonesian mangosteen. Sortation is critically required to
remove fruits with low inner quality such as gamboges, transluscent or defect.
The objective of this study was to assess the ultrasonic characteristics related to
physico-chemical properties of mangosteen for non-destructive evaluation of the
fruit. Experiment set up to determine the ultrasonic characteristic of mangosteen
was assembled in relation of its maturity and total sugar at frequency of 50 kHz.
The results showed that the velocity of ultrasonic wave correlated positively with
the maturity and total sugar. The velocity of the ultrasonic wave penetrating the
defect fruit was significantly different from the wholesome fruits, with the range
of ultrasonic wave velocity for the defect mangosteen > 0.1339 mm/μs while for
the wholesome mangosteen ≤ 0.1339 mm/μs. The validation for neural network
application to predict the maturity level, total sugar, and the wholesomeness of
mangosteen was proved to be 86.67%, 80.95%, and 90.00%, respectively. In
predicting the shelf life of mangosteen, the velocity of ultrasonic wave was
transformed into a quality index. Based on the result of organoleptic test, the
storage life for mangosteen of room temperature was 9 days with the velocity of
ultrasonic wave (c) was 0.1339 mm/μs. If the velocity of ultrasonic wave (c) was
given, the formula to predict the storage life (t) of mangosteen was : t = {(c0.1240)/0.0011} days, and the remaining time to keep mangosteen in reasonable
quality in the storage (t’) was : {(0.1339-c)/0.0011}days.
PENGEMBANGAN SISTEM EVALUASI BUAH MANGGIS
SECARA NON DESTRUKTIF
DENGAN GELOMBANG ULTRASONIK
DEDY A LHA RIS N A SUTIO N
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian (TEP)
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006
Judul Disertasi : Pengembangan Sistem Evaluasi Buah Manggis Secara Non
Destruktif dengan Gelombang Ultrasonik
Nama
: Dedy Alharis Nasution
NIM
: F.126010021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Hadi Karya Purwadaria, M.Sc.
Ketua
Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr.
Anggota
Dr. Ir. Suroso, M.Agr.
Anggota
Dr. Ir. Amoranto Trisnobudi
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian (TEP)
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr.
Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian : 04 Agustus 2006
Tanggal Lulus : 07 September 2006
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan pada Allah SWT atas segala rahmat dan
hidayahNya sehingga penyusunan karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Selama
dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunannya banyak pihak yang turut
membantu, menunjang, dan mendukung. Oleh karenanya dalam kesempatan ini
dengan rasa hormat penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1 Bpk. Dr. Ir. Trip Alihamsyah, M.Sc. selaku Kepala Balai Besar Pengembangan
Mekanisasi Pertanian yang telah memberi dukungan kepada penulis selama
melaksanakan tugas belajar.
2 Rektor IPB dan Dekan Sekolah Pascasarjana IPB yang telah berkenan
menerima penulis sebagai peserta program S-3.
3 Bpk. Prof. Dr. Ir. Hadi Karya Purwadaria, M.Sc. selaku Ketua Komisi
Pembimbing yang telah memberikan saran dan petunjuk berkenaan dengan
studi, penelitian, dan penulisan disertasi ini.
4 Bpk. Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr., Bpk. Dr. Amoranto Trisnobudi , Bpk.
Dr. Ir. Suroso, M.Agr. selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah banyak
memberikan masukan, petunjuk, saran, dan koreksi terkait selama penelitian
dan penulisan disertasi ini.
5 Proyek PAATP Badan Litbang Pertanian Departemen Pertanian RI yang telah
memberi beasiswa pendidikan dan biaya penelitian kepada penulis di dalam
menyelesaikan pendidikan program S-3.
6 Bapak Prof. Dr. Ir. Roedhy Poerwanto, M.Sc. selaku pimpinan Pusat Kajian
Buah Tropis (PKBT) – Rusnas Buah yang membantu sebagian dana penelitian.
7 Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu namanya yang telah
banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian.
8 Ayahanda (almarhum) dan ibunda tercinta yang telah memberi kasih
sayangnya dan doa serta dorongan dalam menggapai cita-cita.
9 Secara khusus kepada istriku Amri Yanti Lubis dan anakku Dylan Algifari
Nasution tersayang yang selalu mau mengerti akan minimnya waktu dalam
memberi perhatian yang dikarenakan kesibukan selama melaksanakan tugas
belajar.
Selain ucapan rasa terima kasih penulis juga mohon maaf sebesar-besarnya
yang mungkin selama dalam pelaksanaan penelitian telah banyak melakukan
kesalahan baik disengaja maupun tidak disengaja.
Penulis sangat menyadari bahwa disertasi ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karenanya baik kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan
demi kesempurnaan disertasi ini. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini
dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan bagi yang
membutuhkan informasi terkait.
Bogor, September 2006
Dedy Alharis Nasution
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 28 Pebruari 1961 sebagai anak
kedua dari dua bersaudara dari pasangan Said Ali Nasution dan Poniyem.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Mekanisasi Pertanian, Fakultas
Teknologi Pertanian, lulus pada tahun 1985. Pada tahun 1997, penulis diterima di
Program Studi Teknologi Pascapanen (TPP) pada Program Pascasarjana IPB dan
lulus pada tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada
program studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari proyek PAATP Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian Republik Indonesia.
Penulis bekerja sebagai Perekayasa di Balai Besar Pengembangan
Mekanisasi Pertanian Serpong sejak 1990. Bidang penelitian yang menjadi
tanggung jawab penulis sebagai perekayasa adalah bidang pascapanen.
Karya ilmiah berjudul Sortasi Buah Manggis dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik telah disajikan pada Seminar Nasional Teknologi Inovatif
Pascapanen untuk Pengembangan Industri Berbasis Pertanian pada bulan
September 2005.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……………………………………………..……………… xii
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… xiv
DAFTAR LAMPIRAN ……………………………….……………………… xvii
DAFTAR SIMBOL PERSAMAAN ………………….……………………… xix
PENDAHULUAN
Latar Belakang ……………..…………………..……………..………… 1
Masalah Dan Penyelesaian Masalah ………….…………….…..………
4
Tujuan Penelitian ………..………………………………………………
6
Manfaat Yang Diperoleh ………..…………..……..…..………………… 7
TINJAUAN PUSTAKA
Identifikasi Buah Manggis …………………………….….…………….
8
Anatomi, Morfologi, dan Sifat Fisik Buah Manggis .…….……..……..… 11
Tingkat Ketuaan dan Kematangan Buah Manggis ………………….…… 13
Perubahan Sifat Fisik Buah Manggis ………………..……....…… 13
Perubahan Sifat Kimia Buah Manggis …….…………..……….… 16
Fisiologi Pasca Panen Buah Manggis …………………………………… 17
Kerusakan Bagian Dalam Buah Manggis …………………..……..……. 20
Evaluasi Mutu Buah Secara Non Destruktif …………………..………… 21
Image Processing (Citra Digital) ………………..……….……...… 22
Gelombang Infra Merah Dekat (NIR, atau near infra red) …..…… 22
Gelombang Sinar X dan Sinar Gamma …………………..………… 23
Gelombang Ultrasonik …………………………..………..…..…… 23
Aplikasi Gelombang Ultrasonik Untuk Penentuan Mutu Buah ……..…… 24
Perbedaan Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik …………..… 24
Perbedaan Koefisien Atenuasi Gelombang Ultrasonik ………..…… 25
Perbedaan Power Spectral Density Gelombang Ultrasonik …..…… 26
ix
Halaman
PENDEKATAN TEORITIK
Elastisitas Medium ……………………………………………..………. 27
Identifikasi Gelombang Ultrasonik dan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik ………………………….…………..….………………..…… 31
Identifikasi Gelombang Ultrasonik ……………………..………… 31
Kecepatan Rambat …………………….…………..…..…………… 32
Koefisien Atenuasi …………………………….….………….…… 35
Power Spectral Density …………………..…………………....…… 39
Prediksi Masa Simpan Buah Manggis ………….…………..………..…… 40
BAHAN DAN METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu ………………………..…………….………………. 42
Bahan dan Peralatan ………………….…………………….…………… 42
Bahan ……………..…………………………………..………..…. 42
Peralatan ……………………………………………….…………. 45
Metode Penelitian ……………………………………………..
Pelaksanaan Penelitian ……………………..…………………….
47
47
Penelitian Pendahuluan ……………………………………… 48
Pengkajian Sifat Fisiko Kimia dan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis ……..……..…… 49
Pengkajian Hubungan Korelasi Sifat Fisiko Kimia dengan
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis …… 49
Pengkajian Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah
Manggis Rusak ……………………………..……………....… 50
Pengkajian Prediksi Tingkat Ketuaan (Umur Petik), Tingkat
Kemanisan, dan Buah Manggis Rusak dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik ……………………………………… 50
Pengkajian Model Prediksi Masa Simpan Buah Manggis
dengan Karakteristik Gelombang Ultrasonik ..………….…… 51
Pengukuran dan Pengolahan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik ………………………………………..……………….. 56
Analisis Sifat Fisiko Kimia Buah Manggis ………..…………..…… 60
Penentuan Sifat Fisik Buah Manggis …………...…………… 60
x
Halaman
Penentuan Sifat Kimia Buah Manggis ………..…..………… 60
Uji Organoleptik (Subyektif) …………………………..……..…… 62
Aplikasi Metode Jaringan Syaraf Tiruan untuk Pengembangan
Sortasi Buah Manggis ………………………………....……..…… 63
Validasi Model ……………………………………..…….………… 66
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisik Buah Manggis ……………………..……………………...…. 68
Sifat Fisik Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur
Petik) ………………………………………………………..……. 68
Sifat Fisik Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Kematangan
(Masa Pematangan) ………………………………...………..…..… 69
Sifat Kimia Buah Manggis …………………………..………….…..…… 71
Sifat Kimia Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur
Petik) ……………………….…………..………………………... 71
Total Gula Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan
(Umur Petik) …..………………………….…………...……… 71
Total Asam Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan
(Umur Petik) …………………..……………..……..…..…… 72
Total Padatan Terlarut Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Ketuaan (Umur Petik) ………………….…………………… 72
Sifat Kimia Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Kematangan
(Masa Pematangan) ………………………………………....……
73
Total Gula Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Kematangan (Masa Pematangan) ………..………………….. 73
Total Asam Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Kematangan (Masa Pematangan) ………………….…….…
74
Total Padatan Terlarut Buah Manggis Berdasarkan
75
Tingkat Kematangan (Masa Pematangan) ………………….
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis ………….…… 75
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis
Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur Petik) ….…..……………..… 75
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis
Berdasarkan Tingkat Kematangan (Masa Pematangan) ………..… 77
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis Rusak … 78
xi
Halaman
Hubungan Sifat Fisiko Kimia Buah Manggis dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik .…………………….………………………..….. 80
Hubungan Sifat Fisik dengan Sifat Kimia Buah Manggis ..…........
80
Hubungan Sifat Fisik dengan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik pada Buah Manggis ……………………….……..…… 82
Hubungan Sifat Kimia dengan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik pada Buah Manggis ……………………………….….. 83
Pengembangan Model Sortasi dengan Metode Jaringan Syaraf Tiruan … 85
Prediksi Tingkat Ketuaan (Umur Petik) Buah Manggis …..…..…… 85
Prediksi Tingkat Kemanisan Buah Manggis ……………………… 87
Prediksi Buah Manggis Rusak………………..…..…………..…..… 90
Prediksi Masa Simpan Buah Manggis ……………………………...…… 92
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ………………………………………………..…….………..… 95
Saran …………..…….……………………………….……………..…..… 96
DAFTAR PUSTAKA ………………………………..………….…..…… 98
LAMPIRAN ……………………………..………….….…………..…… 102
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia pada tahun 1996 – 2003
(Ditjen Hortikultura, 2004) …………………………………………........
2
2 Perkembangan luas panen (ha) dan produksi (ton) buah manggis
Indonesia pada tahun 2000 – 2003 (Ditjen Hortikultura, 2004) …….……
2
3 Beberapa metode uji mutu bagian dalam secara non destruktif (NDT)
untuk buah ………………………………………………………………… 6
4 Tiga klon tanaman manggis …………………………..…..….……….......
9
5 Komposisi kandungan nilai gizi buah manggis (per 100 g) …….…....…. 12
6 Persyaratan minimum SNI tentang pengkelasan mutu buah manggis ..… 13
7 Indeks kematangan buah manggis berdasarkan indeks warna kulit buah . 15
8 Warna, kekerasan kulit buah, dan total padatan terlarut buah manggis
pada berbagai indeks panen ….………………..………..…………….…. 17
9 Tiga kelompok buah manggis sebagai sampel penelitian ..…………....... 42
10 Lima kelompok sampel buah manggis penelitian berdasarkan tingkat
ketuaan …………………………………………………………..………. 43
11 Istilah buah manggis tidak rusak dan buah manggis rusak …………..…… 44
12 Format uji organoleptik (subyektif) dalam menentukan masa simpan
dan sifat fisiko kimia kritis buah manggis ……………….…………….… 63
13 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik selama 12 hari
masa pematangan ………..……………………………………….……..… 78
14 Pengelompokan buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik)
dan deskripsi bilangan binernya ………………...………………..……..… 85
15 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi buah
86
manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) …………...…………
16 Pengkelasan buah manggis berdasarkan tingkat kemanisan ………..…… 88
17 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi tingkat
89
kemanisan buah manggis berdasarkan nilai total gula …………………..
18 Pengelompokan buah manggis rusak dan tidak rusak berdasarkan
kondisi bagian dalam buah ……..………………………..……..……..… 90
19 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi buah
manggis rusak ………………………………………………………....… 92
xiii
Halaman
20 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada kelompok buah manggis
dengan tingkat ketuaan 1 dan tingkat ketuaan 3 selama 12 hari masa
pematangan (mm/μs) …………………………………………….……… 93
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Pohon manggis yang tumbuh di sekitar pemukiman penduduk .…....……
8
2 Buah manggis timbul pada ujung atau bagian dalam ranting pohon ……. 11
3 Bentuk bunga, buah muda di pohon, buah siap dipanen, dan buah
manggis siap dikonsumsi ……….………..……..…………………..…… 12
4 Bentuk fisik buah manggis menurut indeks kematangan berdasarkan
indeks warna kulit buah …………………………..…………………….… 16
5 Perkembangan pertumbuhan dan pola laju respirasi buah (Kays, 1991) … 19
6 Kerusakan yang terjadi pada buah manggis ……………………………… 21
7 Komponen-komponen tegangan pada bidang elemen kubus ………..…… 27
8 Komponen-komponen regangan pada bidang elemen kubus ……..……… 28
9 Perambatan gelombang di dalam suatu medium ………………..………… 32
10 Elemen volume dalam padatan pada keadaan setimbang (atas) dan pada
saat dilalui gelombang akustik (bawah) ………………………..………… 34
11 Atenuasi gelombang akustik pada medium rambat ……………….……… 36
12 Diagram alir program pengolahan power spectral density gelombang
ultrasonik ………..…………..…………………………………………… 40
13 Lima kelompok sampel buah manggis penelitian berdasarkan tingkat
ketuaan (umur petik) ………………………………………..…………… 43
14 Skema rangkaian dan komponen alat pengukuran karakteristik
gelombang ultrasonik ………………………………………………..…… 45
15 Skema rangkaian komponen Ultrasonic Tester ……..…..……………… 46
16 Tahap pelaksanaan penelitian ………………………………….………… 48
17 Tahap pengkajian sifat fisiko-kimia dan karakteristik gelombang
ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik)
52
18 Tahap pengkajian sifat fisiko-kimia dan karakteristik gelombang
ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat kematangan (masa
pematangan) ……………………………………….……………………… 52
19 Tahap pengkajian hubungan sifat fisiko-kimia dengan karakteristik
gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan
(umur petik) ……………………………………………………………..… 53
xv
Halaman
20 Tahap pengkajian hubungan sifat fisiko-kimia dengan karakteristik
gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat
kematangan (masa pematangan) ………………………………….…..…. 53
21 Tahap pengkajian karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis rusak. ………………..………….…………………..……….….
54
22 Tahap pengkajian prediksi tingkat ketuaan (umur petik) buah manggis
dengan karakteristik gelombang ultrasonik ………………….………..… 54
23 Tahap pengkajian prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ……………………………..………… 55
24 Tahap pengkajian prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ……………....…………………………..……....... 55
25 Tahap pengkajian model prediksi masa simpan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ………………...………………..…… 56
26 Posisi sampel dan transducer saat pengukuran ……..…………………… 57
27 Bentuk sinyal gelombang ultrasonik mula-mula (kiri) dan ketika
dilakukan pengukuran buah manggis (kanan) ……………………..…..… 57
28 Menentukan variabel Δt dari persamaan kecepatan rambat dan variabel
Am dari persamaan koefisien atenuasi ………………………….………… 58
29 Range data menentukan nilai power spectral density ………..…………… 59
30 Salah satu contoh bentuk dan nilai power spectral density ……..……..… 60
31 Struktur jaringan syaraf tiruan yang digunakan …………………..…..…
64
32 Nilai rata-rata kekerasan kulit buah manggis berdasarkan tingkat
ketuaan (umur petik) ……………………………………….…………… 69
33 Perbedaan nilai rata-rata kekerasan kulit buah selama 12 hari masa
pematangan pada buah manggis dengan tingkat ketuaan 1 (kiri) dan
tingkat ketuaan 3 (kanan) ………………………………………….……… 70
34 Nilai rata-rata sifat kimia buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan
(umur petik) ..………………………………………………..…………... 71
35 Nilai rata-rata sifat kimia pada kelompok buah manggis dengan tingkat
ketuaan 1 (sisi kiri) dan tingkat ketuaan 3 (sisi kanan) selama 12 hari
masa pematangan (suhu ruang) .………………….……………………… 74
36 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah
manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) ………………….…… 76
37 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah
manggis dengan tingkat ketuaan 1 (kiri) dan tingkat ketuaan 3 (kanan)
selama 12 hari masa pematangan ………………………...……………… 77
xvi
Halaman
38 Batas dan daerah nilai kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada
buah manggis tidak rusak dan rusak ……….………..…………………… 79
39 Hubungan sifat fisik dengan sifat kimia buah manggis …………..……… 81
40 Hubungan karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat fisik buah
manggis …………….………………..……………………..………..…… 82
41 Hubungan sifat kimia dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis …………………………………………………..…………..…… 84
42 Struktur dari model jaringan syaraf tiruan yang digunakan dalam
memprediksi buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) … 86
43 Model struktur jaringan syaraf tiruan memprediksi tingkat kemanisan
buah manggis berdasarkan total gula …………….………..……..……… 89
44 Struktur model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi kondisi buah
manggis (rusak dan tidak rusak) ……..……………..……………....…… 91
45 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik kritis pada buah manggis
selama masa simpan ..…………………………………………….…..… 93
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Program menentukan nilai besaran power spectral density dengan
contoh data sinyal gelombang ultrasonik hasil pengukuran dari salah
satu sampel buah manggis …………….…………………………..….…. 103
2 Kekerasan kulit buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau
umur petik (N) ……………………………..……………………..…….... 105
3 Kekerasan kulit buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan
atau masa pematangan (N) ……..………………..………………….…… 106
4a Total gula buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau umur
petik (g/100g) ………………………………………………………………107
4b Total asam buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau umur
petik (ml/100g) ……………………………..………………………..…… 108
4c Total padatan terlarut buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan
atau umur petik (O brix) …..……………………………….…..……....……109
5a Total gula buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan atau
masa pematangan (g/100g) ………………………….…………..…....……110
5b Total asam buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan atau
masa pematangan (ml/100g) ……………………………………..…...……111
5c Total padatan terlarut buah manggis sampel berdasarkan tingkat
kematangan atau masa pematangan (O brix) ……………….…..…….……112
6a Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (mm/µs) ………..………… 113
6b Koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (Np/mm) ……..…………… 114
6c Power spectral density gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (W/Hz) ……....…………… 115
7a Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (mm/µs) …..……116
7b Koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (Np/mm) ……… 117
7c Power spectral density gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (W/Hz) ……..… 118
8 Karakteristik gelombang ultrasonik pada buah manggis rusak ……..….…119
9 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada sampel buah manggis
tidak rusak dan rusak (mm/µs) ………..………....…………...………...… 120
xviii
Halaman
10 Data sifat fisik dan sifat kimia buah manggis sampel dalam menentukan
hubungan korelasi ………………..…..……………….…………..………121
11 Data sifat fisik dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis sampel dalam menentukan hubungan korelasi …………..………122
12 Data sifat kimia dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis sampel dalam menentukan hubungan korelasi …………..………123
13 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis
dengan karakteristik gelombang ultrasonik ……………………………... 124
14 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik …………….…………………………129
15 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik …………………..……………….……130
16 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ……………………….…….......….. 135
17 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada pendugaan tingkat kemanisan buah manggis dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ……………………………………….……...….... 144
18 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ………………………………….….…………..……146
19 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik
gelombang ultrasonik …………………………………….…..…....…..... 152
20 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik gelombang
ultrasonik ………………………………………………….....…..…….... 156
21 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik gelombang ultrasonik 157
DAFTAR SIMBOL PERSAMAAN
C6H12O6 : glukosa (mol)
O2
: udara (mol)
CO2
: karbon dioksida (mol)
H2O
: air (mol)
d
: bias
Ya
: nilai aktual rata-rata
ω
: frekuensi sudut (rad/s)
θ
: gangguan yang melewati suatu medium (besaran sembarang)
κ
: konduktivitas panas (W/m.K)
ϑ
: modulus (N/m2)
γ
: perbandingan panas jenis
ε
: regangan
σ
: tegangan
η
: viskositas (Pa.s)
λ, μ
: konstanta Lame
ρ0
: rapat masa medium (kg/m3)
A
: luas penampang bahan (m2)
a, b
: konstanta
aj,k
: nilai output hidden layer neuron ke-j untuk output layer pada neuron
ke-k
Am
: amplitudo (mV)
Am0
: amplitudo awal (mV)
Am1
: amplitudo akhir (mV)
b1,j
: bias pertama ada neuron ke-j hidden layer
BM
: berat molekul asam malat
c
: kecepatan rambat gelombang (m/s)
c0
: kecepatan rambat gelombang pada frekuensi 0 (m/s)
cij
: konstanta elastik (i, j = 1, 2, 3,…., 6)
xx
Cp
: panas jenis pada tekanan konstan (J/kg.0C)
CV
: coeffisien of variation (%)
D
: perubahan mutu (satuan indeks mutu)
D0
: nilai mutu awal (satuan indeks mutu)
D1
: nilai mutu akhir (satuan indeks mutu)
F
: gaya tekan (N)
G
: shear modulus (N/m2)
Hj
: nilai output hidden layer pada neuron ke-j
I
: intensitas akhir (mV)
I0
: intensitas awal (mV)
Ii
: nilai input input layer pada neuron ke-i
K
: bulk modulus (N/m2)
k
: laju penurunan mutu (satuan indeks mutu/satuan waktu)
L
: panjang bahan (m)
N
: normalitas NaOH (N)
Ok
: nilai pada output layer neuron ke-k
P
: tekanan (N/m2)
P0
: tekanan awal (N/m2)
PE
: faktor pengenceran
SEP
: standard error prediction
tS
: masa simpan (satuan waktu)
V
: volume bahan (m3)
V
: volume NaOH (ml)
W
: bobot sampel (g)
W1,j
: pembobot pertama pada neuron ke-j hidden layer
x
: tebal bahan (m) atau diameter bahan (mm)
XI
: nilai input pada suatu layer
y
: ouput akhir
Y
: Young modulus (N/m2)
Ya
: nilai aktual (sesungguhnya)
YM
: perubahan mutu produk (satuan indeks mutu)
YO
: nilai output pada suatu layer
xxi
Yp
: nilai prediksi (keluaran model)
α
: koefisien atenuasi (Np/m)
αth
: koefisien atenuasi akibat konduktivitas panas (Np/m)
αvis
: koefisien atenuasi akibat viskositas (Np/m)
δL
: pertambahan panjang bahan (m)
Δt
: waktu rambat gelombang ultrasonik (s)
δV
: pertambahan volume bahan (m3)
ρ
: rapat massa (kg/m3)
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Manggis merupakan salah satu buah tropis yang sangat disukai baik oleh
masyarakat dalam negeri maupun masyarakat luar negeri.
Buah manggis
memiliki beberapa kekhasan sehingga sangat disukai, seperti: rasanya yang
eksotik (rasa manis berpadu dengan rasa asam dan sedikit sepat), aromanya yang
segar, dan bentuknya yang bagai bermahkota. Karena kekhasan yang dimiliki
tersebut sehingga buah manggis memiliki beberapa julukan, diantaranya: sebagai
“Queen of Fruit” yang diberikan oleh masyarakat dunia, sebagai “Sweet Black
from Tropic” oleh masyarakat eropa, dan sebagai “Mutiara Hutan Belantara“,
oleh masyarakat Indonesia.
Sejak tahun 1995 manggis merupakan komoditas buah ekspor Indonesia
unggulan nomor dua setelah pisang (Poerwanto, 2002). Buah manggis memiliki
pasar dan nilai ekonomi yang sangat baik di luar negeri maupun di dalam negeri,
tercermin dari harganya yang jauh lebih tinggi dibanding harga buah lainnya.
Harga buah manggis di pasar dunia berkisar antara Rp. 10 000,-hingga Rp. 25
000,-/kg bahkan di negara Saudi Arabia harganya dapat mencapai Rp. 100 000,hingga Rp. 150 000,-/kg, sementara di pasar lokal antara Rp. 5 000,-hingga Rp. 8
000,-/kg,
Ekspor buah manggis Indonesia terus mengalami peningkatan yang tajam
dari tahun 1996 hingga 2003 (Tabel 1), dimana pada tahun 1996 hanya sebesar 1
981 ton dengan nilai $US 1.52 juta dan pada tahun 2003 sebesar 9 310 ton dengan
nilai $US 9.31 juta (BPS, 2005). Beberapa negara tujuan ekspor buah manggis
Indonesia sementara ini adalah : Jepang, Cina, Hongkong, Taiwan, Belanda,
Perancis, Saudi Arabia, dan beberapa negara timur tengah lainnya.
Sentra
produksi buah manggis Indonesia adalah Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa,
Tasikmalaya), Jawa Timur, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Riau, Kalimantan
Timur, Kalimantan Tengah, Sulawesi Utara, Bali, NTT, NTB, Maluku, dan
Papua.
Perkembangan luas panen dan produksi buah manggis Indonesia
2
mengalami peningkatan dari tahun 2000 hingga 2003, dimana pada tahun 2000
hanya seluas 5 192 ha dengan produksi sebesar 26 400 ton sedangkan pada tahun
2004 seluas 9 354 ha dengan produksi sebesar 79 073 ton (Tabel 2).
Tabel 1 Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia pada
tahun 1996 – 2003 (Ditjen Hortikultura, 2004)
Tahun
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Volume (×103 Ton) Nilai (US$ × 106 )
1.98
1.52
1.81
2.29
0.15
0.15
4.74
3.89
7.18
5.89
4.87
3.95
6.51
6.96
9.30
9.31
Tabel 2 Perkembangan luas panen (ha) dan produksi (ton) buah
manggis Indonesia pada tahun 2000 – 2003 (Ditjen
Hortikultura, 2004)
Sentra
produksi
2000
Luas
Prod
panen
2001
Luas
Prod
panen
1 498 7 267 1 967
Sumatera
3 200 16 707 1 655
Jawa
130
680
149
Bali + NTT/B
284 1 401
418
Kalimantan
58
287
181
Sulawesi
22
58
237
Maluku+Papua
5 192 26 400 4 607
INDONESIA
12 162
9 872
545
1 927
945
361
25 812
2002
Luas
panen
Prod
2 353
4 708
240
346
363
41
8 051
22 168
34 036
1 193
2 421
2 020
217
62 055
2003
Luas
Prod
panen
3 715
4 710
383
288
200
58
9.354
30 574
42 471
2 080
1 949
1 438
561
79 073
Ekspor buah manggis Indonesia walaupun terus mengalami peningkatan
yang tajam, namun dilihat dari nilai volumenya masih relatif kecil dibanding nilai
volume ekspor negara Thailand, Malaysia, dan Singapura yang rata-rata dapat
mencapai 30.000 ton per tahunnya (BPEN, 1999). Jumlah nilai volume ekspor
yang kecil tesebut bukan dikarenakan rendahnya permintaan akan buah manggis
Indonesia namun salah satu faktor penyebabnya adalah akibat sering terjadinya
penolakan buah manggis Indonesia setiba di negara tujuan ekspor setelah
diperiksa mutu bagian dalamnya walau dilihat dari mutu bagian luarnya telah
memenuhi persyaratan ekspor. Keadaan ini menggambarkan bahwa penanganan
terutama terhadap mutu bagian dalam buah manggis kurang baik. Sortasi di
3
Indonesia yang sementara ini hanya didasarkan pada evaluasi mutu bagian luarnya
saja tidak dapat memberi jaminan. Kejadian ini sangat merugikan para eksportir
buah manggis Indonesia dan juga akan menurunkan kepercayaan dunia terhadap
komoditas buah ekspor Indonesia. Tidak jarang keadaan demikian dimanfaatkan
oleh beberapa negara tetangga Indonesia, seperti Singapura. Mereka mengimpor
buah manggis dari Indonesia dan setelah dilakukan sortasi dengan kemampuan
teknologinya dalam uji mutu, kemudian diekspor kembali dengan memberi
jaminan mutu 100% baik ke berbagai negara seperti Jepang dengan harga yang
berlipat ganda
Berdasarkan kriteria SNI 01-3211-1992, buah manggis dikelaskan menjadi
tiga kelas mutu, yaitu Mutu Super, Mutu I, dan Mutu II. Persyaratan minimum
pengkelasan mutu tersebut didasarkan pada : keseragaman ukuran diameter buah,
tingkat kesegaran, warna kulit, kecacatan atau kebusukan buah, kelengkapan
tangkai atau kelopak buah, keberadaan serangga dan kadar kotorannya, dan warna
daging buah.
Baik petani, pedagang pengumpul, maupun eksportir telah
melakukan sortasi pengkelasan mutu buah manggis dengan mengacu pada
persyaratan minimum SNI, namun kegiatan ini masih dilakukan secara manual
dan visual yang mempunyai tingkat kesalahan yang relatip masih tinggi (20 %).
Terlihat bahwa sistem sortasi yang ada lebih ditujukan pada mutu bagian luarnya
saja dan hingga kini di Indonesia belum ada sistem sortasi yang mempunyai
kemampuan untuk mendeteksi mutu bagian dalam buah, padahal masalah yang
masih sering dialami oleh eksportir buah Indonesia adalah tidak dapat memberi
jaminan mutu dalam buah sehingga tidak jarang mengalami kerugian biaya
transportasi yang sia-sia. Kerusakan mutu dalam yang sering dijumpai pada buah
manggis dapat berupa getah kuning (gummosis), daging buah berwarna bening
dan mengeras (transluscent), dan kebusukan (decay).
Lama perjalanan pengiriman buah ke konsumen akhir dan keseragaman
tingkat kematangan serta masa simpan buah merupakan hal yang perlu diketahui
dalam mempersiapkan buah sebelum dilakukan pengiriman ke negara tujuan
ekspor. Bila hal ini tidak diperhatikan dengan baik maka komoditas buah yang
dikirim kemungkinan akan menjadi busuk sesampai di tempat tujuan ekspor
sehingga berdampak hilangnya kepercayaan mitra ekportir di luar negeri.
4
Akibat dari beberapa hal yang kurang diketahui dan penanganan yang
kurang baik, tidaklah mengherankan bila masih terjadi penolakan terhadap buah
manggis asal Indonesia sebesar 15% oleh beberapa negara tujuan ekspor seperti
Singapura, Hongkong, dan Taiwan (BPEN, 1999).
Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu sistem sortasi buah manggis
segar yang mampu melakukan pemeriksaan mutu bagian dalam. Untuk mencapai
sasaran tersebut diperlukan suatu penelitian dan pengembangan teknik
pemeriksaan mutu bagian dalam dan prediksi masa simpan secara non destruktif.
Masalah dan Penyelesaian Masalah
Memberi jaminan mutu luar buah terhadap tuntutan negara pengimpor masih
dapat dilakukan walau dengan cara manual atau visual yang hasil evaluasinyapun
sering tidak seragam karena faktor kelelahan dan keragaman visual manusia serta
perbedaan persepsi tentang mutu buah itu sendiri. Sedangkan memberi jaminan
mutu dalam buah masih belum dapat dilakukan karena keterbatasan kemampuan
yang kita miliki dalam mengaplikasikan kemajuan teknologi dalam uji secara non
destruktif. Ketidak mampuan memberi jaminan mutu dalam ini menjadi faktor
utama menurunnya volume ekspor buah manggis Indonesia akibat penolakan oleh
negara tujuan ekspor setelah dilakukan pemeriksaan mutu dalam buah. Dampak
buruk dari kondisi tersebut dapat menurunkan kepercayaan mitra eksportir
Indonesia terhadap komoditas buah ekspor Indonesia sehingga dapat menurunkan
harga penawaran oleh negara importir.
Disamping itu jika sejak awal dapat
dilakukan pemeriksaan mutu dalam buah mungkin kerugian akibat penolakan
yang akan ditanggung oleh para eksportir kita tidak akan terjadi.
Metode untuk mengetahui mutu dalam buah (tingkat kematangan atau
kerusakan) yang tepat adalah dengan metode ekstraksi (HPLC) atau visual dengan
cara pembelahan buah. Namun kedua metode ini bersifat merusak (destruktif)
dan bukanlah suatu cara penanganan yang tepat terhadap buah segar.
5
Pengaplikasian berbagai kemajuan teknologi untuk uji mutu secara nondestruktif telah berhasil dilakukan namun baru terbatas di bidang industri dan
konstruksi. Pengaplikasian kemajuan teknologi di bidang pertanian khususnya uji
mutu dalam buah sedang giat dikaji. Dari beberapa literatur yang diperoleh ada
beberapa teknik uji mutu secara non destruktif yang dapat dan telah diaplikasikan
untuk pemeriksaan mutu dalam buah.
Sornsrivichai et al. (1999) mencoba dengan cara yang sederhana
menggunakan metode pengukuran masa jenis untuk menggolongkan buah
manggis bergetah kuning pada permukaan daging buahnya atau daging buah
berwarna bening (transluscent) dan buah manggis kondisi normal (mulus).
Namun hasil yang diperoleh menunjukkan keragaman yang tinggi antara buah
manggis getah kuning atau daging buah berwarna bening tersebut dengan buah
mulus. Pada tahun sebelumnya Thomson (1996) melaporkan bahwa pemeriksaan
secara non destruktif (Non Destructive Testing, NDT) terhadap mutu dalam buah
dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti perbedaan warna kulit secara
optik, dengan sinar x, dengan gelombang elektromagnetik, dan menggunakan
gelombang ultrasonik.
Metode menggunakan gelombang ultrasonik menjadi alternatif pilihan untuk
menentukan mutu dalam buah, karena mempunyai daya tembus yang melebihi
gelombang NIR (Near Infra Red), dan biaya investasi lebih murah dan buah yang
telah diperiksa tidak berefek bagi kesehatan jika dikonsumsi dibanding teknik
gelombang NMR (Nuclear Magnetis Resonance) atau sinar X (Tabel 3). Teknik
menggunakan gelombang ultrasonik ini telah berhasil diuji coba untuk
menentukan kematangan buah alpukat (Galili et al., 1993), beberapa sayuran dan
buah sub tropika (Mizrach et al., 1989), dan kematangan mangga (Mizrach et al.,
1997).
Haryanto (2002) melaporkan bahwa sifat akustik dapat membedakan
tingkat ketuaan dari buah durian.
6
Tabel 3 Beberapa metode uji mutu bagian dalam secara non destruktif
(NDT) untuk buah
NDT
Kemampuan
Kelemahan
Image
Processing
dapat menentukan sifat
fisik buah (warna, bentuk,
ukuran, dan kecacatan)
hanya mampu menguji mutu
luar buah
Gelombang
NIR
dapat mendeteksi kadar
gula dan kadar asam buah
hanya mampu menguji pada
kedalaman 5 mm atau pada
buah berkulit tipis
Gelombang
Sinar X
dapat mendeteksi
kerusakan dalam buah
investasi mahal dan
kekawatiran efek samping
dari buah yang dideteksi
Gelombang
NMR
dapat mendeteksi
kerusakan dalam buah
investasi mahal dan
kekawatiran efek samping
dari buah yang dideteksi
Gelombang
Ultrasonik
dapat mendeteksi mutu
dalam dan kerusakan
dalam buah
belum banyak dilakukan,
tidak ada efek samping dari
buah yang dideteksi
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistem sortasi dalam
mengevaluasi buah manggis secara non destruktif dengan gelombang ultrasonik,
baik evaluasi terhadap sifat fisiko kimia maupun buah manggis rusak (terdapat
getah kuning pada permukaan daging buah, atau daging buah berwarna bening
dan mengeras, atau daging buah busuk). Dalam rangka mencapai tujuan tersebut
dilakukan beberapa tahap penelitian yang mempunyai tujuan spesifik, yaitu :
1 Mengkaji karakteristik gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan
tingkat ketuaan (maturity), tingkat kematangan (ripeness), dan pada buah
manggis rusak,
2 Mengkaji hubungan antara karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat
fisiko-kimia buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan dan tingkat
kematangan,
7
3 Mengkaji aplikasi gelombang ultrasonik dalam memprediksi tingkat ketuaan,
tingkat kemanisan, dan buah manggis rusak,
4 Mengkaji aplikasi gelombang ultrasonik dalam memprediksi masa simpan.
Manfaat yang Diperoleh
Sesuai dengan apa yang menjadi tujuan dari penelitian ini diharapkan
diperoleh manfaat sebagai berikut :
1 Mengetahui tingkat ketuaan dan tingkat kematangan buah manggis serta buah
manggis rusak berdasarkan karakteristik gelombang ultrasonik,
2 Memberi data dasar perubahan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis berdasarkan tingkat ketuaan dan tingkat kematangan serta pada buah
manggis tidak rusak dan rusak,
3 Model hubungan antara karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat fisikokimia buah manggis,
4 Mengetahui masa simpan buah manggis berdasarkan karakteristik gelombang
ultrasonik,
5 Membantu asfek sortasi mutu dalam buah manggis secara non destruktif (tak
merusak).
TINJAUAN PUSTAKA
Identifikasi Buah Manggis
Manggis merupakan tanaman buah berupa pohon yang berasal dari hutan
tropis teduh di kawasan Asia Tenggara, yaitu hutan belantara Malaysia atau
Indonesia. Dari Asia Tenggara, tanaman ini menyebar ke daerah tropis lainnya
seperti Srilanka, Malagasi, Karibia, Hawaii, dan Australia Utara dan ke daerah
Amerika Tengah. Di Indonesia manggis disebut dengan berbagai nama lokal
seperti manggu (Jawa Barat), manggus (Lampung), manggusto (Sulawesi Utara),
manggista (Sumatera Barat).
Di Indonesia, umumnya pohon manggis belum
dibudidayakan secara perkebunan tetapi tumbuh di sekitar pemukiman penduduk
atau tumbuh di hutan secara liar (Gambar 1).
Gambar 1 Pohon manggis yang tumbuh di sekitar pemukiman
penduduk.
9
Berdasarkan ilmu taksonomi, tanaman atau pohon manggis diklasifikasikan
sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae
Kelas
: Dicotyledonae
Ordo
: Guttiferanales
Keluarga : Guttifernae
Genus
: Garcinia
Spesies
: Garcinia mangostana L.
balai
penelitian
pohon
buah-buahan
solok
sumatera
barat
merekomendasikan tanaman manggis dibagi dalam 3 (tiga) klon, yaitu kelompok
kecil, sedang, dan besar (tabel 4). di dunia publikasi, klon tanaman manggis tidak
ada yang dikenal secara pasti karena biji dari buah tanaman manggis termasuk
dalam golongan jenis biji apomiksis, dimana golongan tanaman jenis ini
pembiakannya hanya dengan biji buah sehingga generasi tanaman berikutnya
tetap tidak berubah seperti tanaman asalnya.
Tabel 4 Tiga klon tanaman manggis
Kriteria
panjang daun
lebar daun
ketebalan kulit buah
diameter buah
berat buah
jumlah buah per tandan
Kelompok
Kecil
< 17 cm
< 8.5 cm
< 6.0 mm
< 5.5 cm
< 70 g
< 2 butir
Sedang
17 – 20
8.5 – 10
6.0 – 9.0
5.5 – 6.5
70 – 140
1 – 2 butir
Besar
cm
cm
mm
cm
g
> 20 cm
> 10 cm
> 9.0 mm
> 6.5 cm
> 140 g
> 2 butir
Pertumbuhan tanaman manggis mempunyai masa muda yang panjang.
Tanaman manggis mulai berproduksi buah dengan baik apabila telah berusia lebih
dari 8 tahun. Masa muda tanaman manggis yang panjang ini membuat para
investor kurang berminat menanamkan investasi modalnya membuka perkebunan
manggis. Untuk pertama kalinya, jumlah hasil panen buah tanaman manggis
10
adalah rendah tetapi pada panen berikut dan seterusnya akan meningkat mengikuti
bertambahnya umur tanaman.
Tanaman manggis biasanya berbuah setahun
sekali, namun dapat berbuah di luar musim dengan jumlah produksi buah yang
jauh lebih rendah dari ketika musim biasanya.
Di Indonesia, musim buah manggis dimulai pada bulan November sampai
pada bulan April tahun berikutnya. Produksi rata-rata pada panen pertama hanya
sejumlah 5 - 10 buah/pohon, pada panen kedua rata-rata sejumlah 30 buah/pohon,
dan selanjutnya rata-rata dapat mencapai sejumlah 600 – 1 000 buah/pohon sesuai
dengan bertambahnya umur pohon.
Puncak produksi pohon manggis yang
dipelihara secara intensif dapat menghasilkan hingga sejumlah 3 000 buah/pohon
dengan rata-rata sejumlah 2 000 buah/pohon. Produksi per ha (100 pohon) dapat
mencapai sekitar 200 000 buah atau 20 ton buah. Panen raya terjadi seiring
dengan datangnya musim kemarau panjang.
Buah manggis terletak pada ranting pohon dan dapat berkembang sekalipun
tersembunyi dari cahaya matahari (Gambar 2). Buah yang besar dan berkulit
mulus sering didapat pada ranting-ranting bagian dalam tajuk pohon, sebaliknya
buah cenderung lebih kecil dan kulit berwarna kusam yang berada pada ujung
ranting-ranting yang terbuka karena tidak terlindung dari gangguan alam dan
hama penyakit. Secara normal, satu ranting hanya mengeluarkan 1 buah manggis
namun pada secara berkala dapat ditemukan ranting yang mengeluarkan 3 hingga
7 buah manggis sekaligus.
Sentra produksi buah manggis di Indonesia adalah Kalimantan Timur,
Kalimantan Tengah, Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa, Tasikmalaya),
Sumatera Barat, Sumatera Utara, Riau, Jawa Timur, Sulawesi Utara, Bali, NTB,
NTT, Maluku, dan Papua.
11
Gambar 2 Buah manggis timbul pada ujung atau bagian
dalam ranting pohon.
Anatomi, Morfologi, dan Sifat Fisik Buah Manggis
Buah manggis berbentuk bulat,
SECARA NON DESTRUKTIF
DENGAN GELOMBANG ULTRASONIK
DEDY A LHA RIS N A SUTIO N
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pengembangan Sistem
Evaluasi Buah Manggis Secara Non Destruktif Dengan Gelombang Ultrasonik
adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan
dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka
di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, September 2006
Dedy Alharis Nasution
NIM F.126010021
ABSTRAK
DEDY ALHARIS NASUTION. Pengembangan Sistem Evaluasi Buah Manggis
Secara Non Destruktif Dengan Gelombang Ultrasonik . Dibimbing oleh HADI K.
PURWADARIA, I. WAYAN BUDIASTRA, AMORANTO TRISNOBUDI, dan
SUROSO.
Manggis merupakan komoditas unggulan Indonesia dengan nilai ekspor
yang tertinggi yaitu $US 9.31 juta pada tahun 2003. Namun manggis asal
Indonesia sering memperoleh claim akibat mutu daging buah yang tidak dapat
dijamin. Untuk memenuhi tuntutan dari negara pengimpor bahwa bukan hanya
mutu luarnya saja yang harus berkondisi baik namun juga mutu dalamnya (tidak
bergetah kuning dan busuk atau tidak keras, berwarna putih segar, dan memiliki
rasa manis yang cukup) maka diperlukan penanganan sortasi yang baik.
Kemampuan penanganan sortasi masih terbatas pada kondisi fisik luar sedangkan
kondisi dalam manggis secara visual tidak dapat diketahui. Tujuan penelitian ini
adalah mengkaji karakteristik gelombang ultrasonik untuk pengembangan teknik
sortasi mutu dalam manggis secara non destruktif.
Sistem pengukuran
karakteristik gelombang ultrasonik pada manggis telah dirakit untuk menentukan
tingkat ketuaan dan total gula pada frekuensi 50 kHz, sedangkan time base yang
sesuai untuk berbagai tingkat ketuaan dan kematangan buah manggis adalah
400μs/div.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kecepatan rambat gelombang
ultrasonik berkorelasi cukup baik dengan tingkat ketuaan maupun total gula
manggis, dimana kecepatan menurun dengan bertambahnya tingkat ketuaan
maupun total gula. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik manggis rusak
berbeda nyata dengan manggis tidak rusak. Kecepatan rambat gelombang
ultrasonik pada manggis tidak rusak ≤ 0.1339 mm/µs, sedangkan pada.manggis
rusak > 0.1339 mm/µs.
Ketepatan validasi jaringan saraf tiruan yang
dikembangkan untuk pendugaan tingkat ketuaan, tingkat kemanisan, dan manggis
rusak masing-masing sebesar 86.67 %, 80.95 %, dan 90.00%.
Prediksi masa simpan menggunakan peubah kecepatan rambat gelombang
ultrasonik. Berdasarkan hasil uji organoleptik masa simpan untuk buah manggis
pada suhu ruang adalah 9 hari. Pada masa simpan tersebut kecepatan rambat
gelombang ultrasonik (c) adalah 0.1339 mm/μs. Dengan demikian laju perubahan
per hari dari kecepatan rambat gelombang ultrasonik (k) selama masa simpan
adalah 0.0011 mm/μs. Jika kecepatan rambat gelombang ultrasonik (c) diketahui
maka persamaan perkiraan umur simpan (t) buah manggis adalah : t = {(c0.1240)/0.0011} hari, dan persamaan perkiraan sisa umur simpan yang dapat
dipertahankan bagi buah manggis (t’) adalah : {(0.1339-c)/0.0011} hari.
ABSTRACT
Mangosteen remains at the highest value among the exported Indonesian
fruits amounting to 9.31 million USD in 2003. However, claim for inner quality
is often imposed to Indonesian mangosteen. Sortation is critically required to
remove fruits with low inner quality such as gamboges, transluscent or defect.
The objective of this study was to assess the ultrasonic characteristics related to
physico-chemical properties of mangosteen for non-destructive evaluation of the
fruit. Experiment set up to determine the ultrasonic characteristic of mangosteen
was assembled in relation of its maturity and total sugar at frequency of 50 kHz.
The results showed that the velocity of ultrasonic wave correlated positively with
the maturity and total sugar. The velocity of the ultrasonic wave penetrating the
defect fruit was significantly different from the wholesome fruits, with the range
of ultrasonic wave velocity for the defect mangosteen > 0.1339 mm/μs while for
the wholesome mangosteen ≤ 0.1339 mm/μs. The validation for neural network
application to predict the maturity level, total sugar, and the wholesomeness of
mangosteen was proved to be 86.67%, 80.95%, and 90.00%, respectively. In
predicting the shelf life of mangosteen, the velocity of ultrasonic wave was
transformed into a quality index. Based on the result of organoleptic test, the
storage life for mangosteen of room temperature was 9 days with the velocity of
ultrasonic wave (c) was 0.1339 mm/μs. If the velocity of ultrasonic wave (c) was
given, the formula to predict the storage life (t) of mangosteen was : t = {(c0.1240)/0.0011} days, and the remaining time to keep mangosteen in reasonable
quality in the storage (t’) was : {(0.1339-c)/0.0011}days.
PENGEMBANGAN SISTEM EVALUASI BUAH MANGGIS
SECARA NON DESTRUKTIF
DENGAN GELOMBANG ULTRASONIK
DEDY A LHA RIS N A SUTIO N
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian (TEP)
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006
Judul Disertasi : Pengembangan Sistem Evaluasi Buah Manggis Secara Non
Destruktif dengan Gelombang Ultrasonik
Nama
: Dedy Alharis Nasution
NIM
: F.126010021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Hadi Karya Purwadaria, M.Sc.
Ketua
Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr.
Anggota
Dr. Ir. Suroso, M.Agr.
Anggota
Dr. Ir. Amoranto Trisnobudi
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian (TEP)
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr.
Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian : 04 Agustus 2006
Tanggal Lulus : 07 September 2006
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan pada Allah SWT atas segala rahmat dan
hidayahNya sehingga penyusunan karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Selama
dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunannya banyak pihak yang turut
membantu, menunjang, dan mendukung. Oleh karenanya dalam kesempatan ini
dengan rasa hormat penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1 Bpk. Dr. Ir. Trip Alihamsyah, M.Sc. selaku Kepala Balai Besar Pengembangan
Mekanisasi Pertanian yang telah memberi dukungan kepada penulis selama
melaksanakan tugas belajar.
2 Rektor IPB dan Dekan Sekolah Pascasarjana IPB yang telah berkenan
menerima penulis sebagai peserta program S-3.
3 Bpk. Prof. Dr. Ir. Hadi Karya Purwadaria, M.Sc. selaku Ketua Komisi
Pembimbing yang telah memberikan saran dan petunjuk berkenaan dengan
studi, penelitian, dan penulisan disertasi ini.
4 Bpk. Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr., Bpk. Dr. Amoranto Trisnobudi , Bpk.
Dr. Ir. Suroso, M.Agr. selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah banyak
memberikan masukan, petunjuk, saran, dan koreksi terkait selama penelitian
dan penulisan disertasi ini.
5 Proyek PAATP Badan Litbang Pertanian Departemen Pertanian RI yang telah
memberi beasiswa pendidikan dan biaya penelitian kepada penulis di dalam
menyelesaikan pendidikan program S-3.
6 Bapak Prof. Dr. Ir. Roedhy Poerwanto, M.Sc. selaku pimpinan Pusat Kajian
Buah Tropis (PKBT) – Rusnas Buah yang membantu sebagian dana penelitian.
7 Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu namanya yang telah
banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian.
8 Ayahanda (almarhum) dan ibunda tercinta yang telah memberi kasih
sayangnya dan doa serta dorongan dalam menggapai cita-cita.
9 Secara khusus kepada istriku Amri Yanti Lubis dan anakku Dylan Algifari
Nasution tersayang yang selalu mau mengerti akan minimnya waktu dalam
memberi perhatian yang dikarenakan kesibukan selama melaksanakan tugas
belajar.
Selain ucapan rasa terima kasih penulis juga mohon maaf sebesar-besarnya
yang mungkin selama dalam pelaksanaan penelitian telah banyak melakukan
kesalahan baik disengaja maupun tidak disengaja.
Penulis sangat menyadari bahwa disertasi ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karenanya baik kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan
demi kesempurnaan disertasi ini. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini
dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan bagi yang
membutuhkan informasi terkait.
Bogor, September 2006
Dedy Alharis Nasution
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 28 Pebruari 1961 sebagai anak
kedua dari dua bersaudara dari pasangan Said Ali Nasution dan Poniyem.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Mekanisasi Pertanian, Fakultas
Teknologi Pertanian, lulus pada tahun 1985. Pada tahun 1997, penulis diterima di
Program Studi Teknologi Pascapanen (TPP) pada Program Pascasarjana IPB dan
lulus pada tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada
program studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari proyek PAATP Badan Litbang
Pertanian, Departemen Pertanian Republik Indonesia.
Penulis bekerja sebagai Perekayasa di Balai Besar Pengembangan
Mekanisasi Pertanian Serpong sejak 1990. Bidang penelitian yang menjadi
tanggung jawab penulis sebagai perekayasa adalah bidang pascapanen.
Karya ilmiah berjudul Sortasi Buah Manggis dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik telah disajikan pada Seminar Nasional Teknologi Inovatif
Pascapanen untuk Pengembangan Industri Berbasis Pertanian pada bulan
September 2005.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……………………………………………..……………… xii
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… xiv
DAFTAR LAMPIRAN ……………………………….……………………… xvii
DAFTAR SIMBOL PERSAMAAN ………………….……………………… xix
PENDAHULUAN
Latar Belakang ……………..…………………..……………..………… 1
Masalah Dan Penyelesaian Masalah ………….…………….…..………
4
Tujuan Penelitian ………..………………………………………………
6
Manfaat Yang Diperoleh ………..…………..……..…..………………… 7
TINJAUAN PUSTAKA
Identifikasi Buah Manggis …………………………….….…………….
8
Anatomi, Morfologi, dan Sifat Fisik Buah Manggis .…….……..……..… 11
Tingkat Ketuaan dan Kematangan Buah Manggis ………………….…… 13
Perubahan Sifat Fisik Buah Manggis ………………..……....…… 13
Perubahan Sifat Kimia Buah Manggis …….…………..……….… 16
Fisiologi Pasca Panen Buah Manggis …………………………………… 17
Kerusakan Bagian Dalam Buah Manggis …………………..……..……. 20
Evaluasi Mutu Buah Secara Non Destruktif …………………..………… 21
Image Processing (Citra Digital) ………………..……….……...… 22
Gelombang Infra Merah Dekat (NIR, atau near infra red) …..…… 22
Gelombang Sinar X dan Sinar Gamma …………………..………… 23
Gelombang Ultrasonik …………………………..………..…..…… 23
Aplikasi Gelombang Ultrasonik Untuk Penentuan Mutu Buah ……..…… 24
Perbedaan Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik …………..… 24
Perbedaan Koefisien Atenuasi Gelombang Ultrasonik ………..…… 25
Perbedaan Power Spectral Density Gelombang Ultrasonik …..…… 26
ix
Halaman
PENDEKATAN TEORITIK
Elastisitas Medium ……………………………………………..………. 27
Identifikasi Gelombang Ultrasonik dan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik ………………………….…………..….………………..…… 31
Identifikasi Gelombang Ultrasonik ……………………..………… 31
Kecepatan Rambat …………………….…………..…..…………… 32
Koefisien Atenuasi …………………………….….………….…… 35
Power Spectral Density …………………..…………………....…… 39
Prediksi Masa Simpan Buah Manggis ………….…………..………..…… 40
BAHAN DAN METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu ………………………..…………….………………. 42
Bahan dan Peralatan ………………….…………………….…………… 42
Bahan ……………..…………………………………..………..…. 42
Peralatan ……………………………………………….…………. 45
Metode Penelitian ……………………………………………..
Pelaksanaan Penelitian ……………………..…………………….
47
47
Penelitian Pendahuluan ……………………………………… 48
Pengkajian Sifat Fisiko Kimia dan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis ……..……..…… 49
Pengkajian Hubungan Korelasi Sifat Fisiko Kimia dengan
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis …… 49
Pengkajian Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah
Manggis Rusak ……………………………..……………....… 50
Pengkajian Prediksi Tingkat Ketuaan (Umur Petik), Tingkat
Kemanisan, dan Buah Manggis Rusak dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik ……………………………………… 50
Pengkajian Model Prediksi Masa Simpan Buah Manggis
dengan Karakteristik Gelombang Ultrasonik ..………….…… 51
Pengukuran dan Pengolahan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik ………………………………………..……………….. 56
Analisis Sifat Fisiko Kimia Buah Manggis ………..…………..…… 60
Penentuan Sifat Fisik Buah Manggis …………...…………… 60
x
Halaman
Penentuan Sifat Kimia Buah Manggis ………..…..………… 60
Uji Organoleptik (Subyektif) …………………………..……..…… 62
Aplikasi Metode Jaringan Syaraf Tiruan untuk Pengembangan
Sortasi Buah Manggis ………………………………....……..…… 63
Validasi Model ……………………………………..…….………… 66
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisik Buah Manggis ……………………..……………………...…. 68
Sifat Fisik Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur
Petik) ………………………………………………………..……. 68
Sifat Fisik Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Kematangan
(Masa Pematangan) ………………………………...………..…..… 69
Sifat Kimia Buah Manggis …………………………..………….…..…… 71
Sifat Kimia Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur
Petik) ……………………….…………..………………………... 71
Total Gula Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan
(Umur Petik) …..………………………….…………...……… 71
Total Asam Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Ketuaan
(Umur Petik) …………………..……………..……..…..…… 72
Total Padatan Terlarut Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Ketuaan (Umur Petik) ………………….…………………… 72
Sifat Kimia Buah Manggis Berdasarkan Tingkat Kematangan
(Masa Pematangan) ………………………………………....……
73
Total Gula Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Kematangan (Masa Pematangan) ………..………………….. 73
Total Asam Buah Manggis Berdasarkan Tingkat
Kematangan (Masa Pematangan) ………………….…….…
74
Total Padatan Terlarut Buah Manggis Berdasarkan
75
Tingkat Kematangan (Masa Pematangan) ………………….
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis ………….…… 75
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis
Berdasarkan Tingkat Ketuaan (Umur Petik) ….…..……………..… 75
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis
Berdasarkan Tingkat Kematangan (Masa Pematangan) ………..… 77
Karakteristik Gelombang Ultrasonik pada Buah Manggis Rusak … 78
xi
Halaman
Hubungan Sifat Fisiko Kimia Buah Manggis dengan Karakteristik
Gelombang Ultrasonik .…………………….………………………..….. 80
Hubungan Sifat Fisik dengan Sifat Kimia Buah Manggis ..…........
80
Hubungan Sifat Fisik dengan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik pada Buah Manggis ……………………….……..…… 82
Hubungan Sifat Kimia dengan Karakteristik Gelombang
Ultrasonik pada Buah Manggis ……………………………….….. 83
Pengembangan Model Sortasi dengan Metode Jaringan Syaraf Tiruan … 85
Prediksi Tingkat Ketuaan (Umur Petik) Buah Manggis …..…..…… 85
Prediksi Tingkat Kemanisan Buah Manggis ……………………… 87
Prediksi Buah Manggis Rusak………………..…..…………..…..… 90
Prediksi Masa Simpan Buah Manggis ……………………………...…… 92
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ………………………………………………..…….………..… 95
Saran …………..…….……………………………….……………..…..… 96
DAFTAR PUSTAKA ………………………………..………….…..…… 98
LAMPIRAN ……………………………..………….….…………..…… 102
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia pada tahun 1996 – 2003
(Ditjen Hortikultura, 2004) …………………………………………........
2
2 Perkembangan luas panen (ha) dan produksi (ton) buah manggis
Indonesia pada tahun 2000 – 2003 (Ditjen Hortikultura, 2004) …….……
2
3 Beberapa metode uji mutu bagian dalam secara non destruktif (NDT)
untuk buah ………………………………………………………………… 6
4 Tiga klon tanaman manggis …………………………..…..….……….......
9
5 Komposisi kandungan nilai gizi buah manggis (per 100 g) …….…....…. 12
6 Persyaratan minimum SNI tentang pengkelasan mutu buah manggis ..… 13
7 Indeks kematangan buah manggis berdasarkan indeks warna kulit buah . 15
8 Warna, kekerasan kulit buah, dan total padatan terlarut buah manggis
pada berbagai indeks panen ….………………..………..…………….…. 17
9 Tiga kelompok buah manggis sebagai sampel penelitian ..…………....... 42
10 Lima kelompok sampel buah manggis penelitian berdasarkan tingkat
ketuaan …………………………………………………………..………. 43
11 Istilah buah manggis tidak rusak dan buah manggis rusak …………..…… 44
12 Format uji organoleptik (subyektif) dalam menentukan masa simpan
dan sifat fisiko kimia kritis buah manggis ……………….…………….… 63
13 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik selama 12 hari
masa pematangan ………..……………………………………….……..… 78
14 Pengelompokan buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik)
dan deskripsi bilangan binernya ………………...………………..……..… 85
15 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi buah
86
manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) …………...…………
16 Pengkelasan buah manggis berdasarkan tingkat kemanisan ………..…… 88
17 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi tingkat
89
kemanisan buah manggis berdasarkan nilai total gula …………………..
18 Pengelompokan buah manggis rusak dan tidak rusak berdasarkan
kondisi bagian dalam buah ……..………………………..……..……..… 90
19 Hasil validasi model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi buah
manggis rusak ………………………………………………………....… 92
xiii
Halaman
20 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada kelompok buah manggis
dengan tingkat ketuaan 1 dan tingkat ketuaan 3 selama 12 hari masa
pematangan (mm/μs) …………………………………………….……… 93
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Pohon manggis yang tumbuh di sekitar pemukiman penduduk .…....……
8
2 Buah manggis timbul pada ujung atau bagian dalam ranting pohon ……. 11
3 Bentuk bunga, buah muda di pohon, buah siap dipanen, dan buah
manggis siap dikonsumsi ……….………..……..…………………..…… 12
4 Bentuk fisik buah manggis menurut indeks kematangan berdasarkan
indeks warna kulit buah …………………………..…………………….… 16
5 Perkembangan pertumbuhan dan pola laju respirasi buah (Kays, 1991) … 19
6 Kerusakan yang terjadi pada buah manggis ……………………………… 21
7 Komponen-komponen tegangan pada bidang elemen kubus ………..…… 27
8 Komponen-komponen regangan pada bidang elemen kubus ……..……… 28
9 Perambatan gelombang di dalam suatu medium ………………..………… 32
10 Elemen volume dalam padatan pada keadaan setimbang (atas) dan pada
saat dilalui gelombang akustik (bawah) ………………………..………… 34
11 Atenuasi gelombang akustik pada medium rambat ……………….……… 36
12 Diagram alir program pengolahan power spectral density gelombang
ultrasonik ………..…………..…………………………………………… 40
13 Lima kelompok sampel buah manggis penelitian berdasarkan tingkat
ketuaan (umur petik) ………………………………………..…………… 43
14 Skema rangkaian dan komponen alat pengukuran karakteristik
gelombang ultrasonik ………………………………………………..…… 45
15 Skema rangkaian komponen Ultrasonic Tester ……..…..……………… 46
16 Tahap pelaksanaan penelitian ………………………………….………… 48
17 Tahap pengkajian sifat fisiko-kimia dan karakteristik gelombang
ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik)
52
18 Tahap pengkajian sifat fisiko-kimia dan karakteristik gelombang
ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat kematangan (masa
pematangan) ……………………………………….……………………… 52
19 Tahap pengkajian hubungan sifat fisiko-kimia dengan karakteristik
gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan
(umur petik) ……………………………………………………………..… 53
xv
Halaman
20 Tahap pengkajian hubungan sifat fisiko-kimia dengan karakteristik
gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan tingkat
kematangan (masa pematangan) ………………………………….…..…. 53
21 Tahap pengkajian karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis rusak. ………………..………….…………………..……….….
54
22 Tahap pengkajian prediksi tingkat ketuaan (umur petik) buah manggis
dengan karakteristik gelombang ultrasonik ………………….………..… 54
23 Tahap pengkajian prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ……………………………..………… 55
24 Tahap pengkajian prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ……………....…………………………..……....... 55
25 Tahap pengkajian model prediksi masa simpan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ………………...………………..…… 56
26 Posisi sampel dan transducer saat pengukuran ……..…………………… 57
27 Bentuk sinyal gelombang ultrasonik mula-mula (kiri) dan ketika
dilakukan pengukuran buah manggis (kanan) ……………………..…..… 57
28 Menentukan variabel Δt dari persamaan kecepatan rambat dan variabel
Am dari persamaan koefisien atenuasi ………………………….………… 58
29 Range data menentukan nilai power spectral density ………..…………… 59
30 Salah satu contoh bentuk dan nilai power spectral density ……..……..… 60
31 Struktur jaringan syaraf tiruan yang digunakan …………………..…..…
64
32 Nilai rata-rata kekerasan kulit buah manggis berdasarkan tingkat
ketuaan (umur petik) ……………………………………….…………… 69
33 Perbedaan nilai rata-rata kekerasan kulit buah selama 12 hari masa
pematangan pada buah manggis dengan tingkat ketuaan 1 (kiri) dan
tingkat ketuaan 3 (kanan) ………………………………………….……… 70
34 Nilai rata-rata sifat kimia buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan
(umur petik) ..………………………………………………..…………... 71
35 Nilai rata-rata sifat kimia pada kelompok buah manggis dengan tingkat
ketuaan 1 (sisi kiri) dan tingkat ketuaan 3 (sisi kanan) selama 12 hari
masa pematangan (suhu ruang) .………………….……………………… 74
36 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah
manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) ………………….…… 76
37 Nilai rata-rata kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah
manggis dengan tingkat ketuaan 1 (kiri) dan tingkat ketuaan 3 (kanan)
selama 12 hari masa pematangan ………………………...……………… 77
xvi
Halaman
38 Batas dan daerah nilai kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada
buah manggis tidak rusak dan rusak ……….………..…………………… 79
39 Hubungan sifat fisik dengan sifat kimia buah manggis …………..……… 81
40 Hubungan karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat fisik buah
manggis …………….………………..……………………..………..…… 82
41 Hubungan sifat kimia dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis …………………………………………………..…………..…… 84
42 Struktur dari model jaringan syaraf tiruan yang digunakan dalam
memprediksi buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan (umur petik) … 86
43 Model struktur jaringan syaraf tiruan memprediksi tingkat kemanisan
buah manggis berdasarkan total gula …………….………..……..……… 89
44 Struktur model jaringan syaraf tiruan dalam memprediksi kondisi buah
manggis (rusak dan tidak rusak) ……..……………..……………....…… 91
45 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik kritis pada buah manggis
selama masa simpan ..…………………………………………….…..… 93
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Program menentukan nilai besaran power spectral density dengan
contoh data sinyal gelombang ultrasonik hasil pengukuran dari salah
satu sampel buah manggis …………….…………………………..….…. 103
2 Kekerasan kulit buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau
umur petik (N) ……………………………..……………………..…….... 105
3 Kekerasan kulit buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan
atau masa pematangan (N) ……..………………..………………….…… 106
4a Total gula buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau umur
petik (g/100g) ………………………………………………………………107
4b Total asam buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan atau umur
petik (ml/100g) ……………………………..………………………..…… 108
4c Total padatan terlarut buah manggis sampel berdasarkan tingkat ketuaan
atau umur petik (O brix) …..……………………………….…..……....……109
5a Total gula buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan atau
masa pematangan (g/100g) ………………………….…………..…....……110
5b Total asam buah manggis sampel berdasarkan tingkat kematangan atau
masa pematangan (ml/100g) ……………………………………..…...……111
5c Total padatan terlarut buah manggis sampel berdasarkan tingkat
kematangan atau masa pematangan (O brix) ……………….…..…….……112
6a Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (mm/µs) ………..………… 113
6b Koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (Np/mm) ……..…………… 114
6c Power spectral density gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat ketuaan atau umur petik (W/Hz) ……....…………… 115
7a Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (mm/µs) …..……116
7b Koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (Np/mm) ……… 117
7c Power spectral density gelombang ultrasonik pada buah manggis sampel
berdasarkan tingkat kematangan atau masa pematangan (W/Hz) ……..… 118
8 Karakteristik gelombang ultrasonik pada buah manggis rusak ……..….…119
9 Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada sampel buah manggis
tidak rusak dan rusak (mm/µs) ………..………....…………...………...… 120
xviii
Halaman
10 Data sifat fisik dan sifat kimia buah manggis sampel dalam menentukan
hubungan korelasi ………………..…..……………….…………..………121
11 Data sifat fisik dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis sampel dalam menentukan hubungan korelasi …………..………122
12 Data sifat kimia dan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis sampel dalam menentukan hubungan korelasi …………..………123
13 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis
dengan karakteristik gelombang ultrasonik ……………………………... 124
14 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik …………….…………………………129
15 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi tingkat ketuaan atau umur petik buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik …………………..……………….……130
16 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan
karakteristik gelombang ultrasonik ……………………….…….......….. 135
17 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada pendugaan tingkat kemanisan buah manggis dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ……………………………………….……...….... 144
18 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi tingkat kemanisan buah manggis dengan karakteristik
gelombang ultrasonik ………………………………….….…………..……146
19 Data input dan target proses dan output pembelajaran jaringan syaraf
tiruan pada prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik
gelombang ultrasonik …………………………………….…..…....…..... 152
20 Data input dan target proses dan output validasi jaringan syaraf tiruan
pada prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik gelombang
ultrasonik ………………………………………………….....…..…….... 156
21 Tahapan proses pembentukan dan running jaringan syaraf tiruan pada
prediksi buah manggis rusak dengan karakteristik gelombang ultrasonik 157
DAFTAR SIMBOL PERSAMAAN
C6H12O6 : glukosa (mol)
O2
: udara (mol)
CO2
: karbon dioksida (mol)
H2O
: air (mol)
d
: bias
Ya
: nilai aktual rata-rata
ω
: frekuensi sudut (rad/s)
θ
: gangguan yang melewati suatu medium (besaran sembarang)
κ
: konduktivitas panas (W/m.K)
ϑ
: modulus (N/m2)
γ
: perbandingan panas jenis
ε
: regangan
σ
: tegangan
η
: viskositas (Pa.s)
λ, μ
: konstanta Lame
ρ0
: rapat masa medium (kg/m3)
A
: luas penampang bahan (m2)
a, b
: konstanta
aj,k
: nilai output hidden layer neuron ke-j untuk output layer pada neuron
ke-k
Am
: amplitudo (mV)
Am0
: amplitudo awal (mV)
Am1
: amplitudo akhir (mV)
b1,j
: bias pertama ada neuron ke-j hidden layer
BM
: berat molekul asam malat
c
: kecepatan rambat gelombang (m/s)
c0
: kecepatan rambat gelombang pada frekuensi 0 (m/s)
cij
: konstanta elastik (i, j = 1, 2, 3,…., 6)
xx
Cp
: panas jenis pada tekanan konstan (J/kg.0C)
CV
: coeffisien of variation (%)
D
: perubahan mutu (satuan indeks mutu)
D0
: nilai mutu awal (satuan indeks mutu)
D1
: nilai mutu akhir (satuan indeks mutu)
F
: gaya tekan (N)
G
: shear modulus (N/m2)
Hj
: nilai output hidden layer pada neuron ke-j
I
: intensitas akhir (mV)
I0
: intensitas awal (mV)
Ii
: nilai input input layer pada neuron ke-i
K
: bulk modulus (N/m2)
k
: laju penurunan mutu (satuan indeks mutu/satuan waktu)
L
: panjang bahan (m)
N
: normalitas NaOH (N)
Ok
: nilai pada output layer neuron ke-k
P
: tekanan (N/m2)
P0
: tekanan awal (N/m2)
PE
: faktor pengenceran
SEP
: standard error prediction
tS
: masa simpan (satuan waktu)
V
: volume bahan (m3)
V
: volume NaOH (ml)
W
: bobot sampel (g)
W1,j
: pembobot pertama pada neuron ke-j hidden layer
x
: tebal bahan (m) atau diameter bahan (mm)
XI
: nilai input pada suatu layer
y
: ouput akhir
Y
: Young modulus (N/m2)
Ya
: nilai aktual (sesungguhnya)
YM
: perubahan mutu produk (satuan indeks mutu)
YO
: nilai output pada suatu layer
xxi
Yp
: nilai prediksi (keluaran model)
α
: koefisien atenuasi (Np/m)
αth
: koefisien atenuasi akibat konduktivitas panas (Np/m)
αvis
: koefisien atenuasi akibat viskositas (Np/m)
δL
: pertambahan panjang bahan (m)
Δt
: waktu rambat gelombang ultrasonik (s)
δV
: pertambahan volume bahan (m3)
ρ
: rapat massa (kg/m3)
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Manggis merupakan salah satu buah tropis yang sangat disukai baik oleh
masyarakat dalam negeri maupun masyarakat luar negeri.
Buah manggis
memiliki beberapa kekhasan sehingga sangat disukai, seperti: rasanya yang
eksotik (rasa manis berpadu dengan rasa asam dan sedikit sepat), aromanya yang
segar, dan bentuknya yang bagai bermahkota. Karena kekhasan yang dimiliki
tersebut sehingga buah manggis memiliki beberapa julukan, diantaranya: sebagai
“Queen of Fruit” yang diberikan oleh masyarakat dunia, sebagai “Sweet Black
from Tropic” oleh masyarakat eropa, dan sebagai “Mutiara Hutan Belantara“,
oleh masyarakat Indonesia.
Sejak tahun 1995 manggis merupakan komoditas buah ekspor Indonesia
unggulan nomor dua setelah pisang (Poerwanto, 2002). Buah manggis memiliki
pasar dan nilai ekonomi yang sangat baik di luar negeri maupun di dalam negeri,
tercermin dari harganya yang jauh lebih tinggi dibanding harga buah lainnya.
Harga buah manggis di pasar dunia berkisar antara Rp. 10 000,-hingga Rp. 25
000,-/kg bahkan di negara Saudi Arabia harganya dapat mencapai Rp. 100 000,hingga Rp. 150 000,-/kg, sementara di pasar lokal antara Rp. 5 000,-hingga Rp. 8
000,-/kg,
Ekspor buah manggis Indonesia terus mengalami peningkatan yang tajam
dari tahun 1996 hingga 2003 (Tabel 1), dimana pada tahun 1996 hanya sebesar 1
981 ton dengan nilai $US 1.52 juta dan pada tahun 2003 sebesar 9 310 ton dengan
nilai $US 9.31 juta (BPS, 2005). Beberapa negara tujuan ekspor buah manggis
Indonesia sementara ini adalah : Jepang, Cina, Hongkong, Taiwan, Belanda,
Perancis, Saudi Arabia, dan beberapa negara timur tengah lainnya.
Sentra
produksi buah manggis Indonesia adalah Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa,
Tasikmalaya), Jawa Timur, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Riau, Kalimantan
Timur, Kalimantan Tengah, Sulawesi Utara, Bali, NTT, NTB, Maluku, dan
Papua.
Perkembangan luas panen dan produksi buah manggis Indonesia
2
mengalami peningkatan dari tahun 2000 hingga 2003, dimana pada tahun 2000
hanya seluas 5 192 ha dengan produksi sebesar 26 400 ton sedangkan pada tahun
2004 seluas 9 354 ha dengan produksi sebesar 79 073 ton (Tabel 2).
Tabel 1 Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia pada
tahun 1996 – 2003 (Ditjen Hortikultura, 2004)
Tahun
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Volume (×103 Ton) Nilai (US$ × 106 )
1.98
1.52
1.81
2.29
0.15
0.15
4.74
3.89
7.18
5.89
4.87
3.95
6.51
6.96
9.30
9.31
Tabel 2 Perkembangan luas panen (ha) dan produksi (ton) buah
manggis Indonesia pada tahun 2000 – 2003 (Ditjen
Hortikultura, 2004)
Sentra
produksi
2000
Luas
Prod
panen
2001
Luas
Prod
panen
1 498 7 267 1 967
Sumatera
3 200 16 707 1 655
Jawa
130
680
149
Bali + NTT/B
284 1 401
418
Kalimantan
58
287
181
Sulawesi
22
58
237
Maluku+Papua
5 192 26 400 4 607
INDONESIA
12 162
9 872
545
1 927
945
361
25 812
2002
Luas
panen
Prod
2 353
4 708
240
346
363
41
8 051
22 168
34 036
1 193
2 421
2 020
217
62 055
2003
Luas
Prod
panen
3 715
4 710
383
288
200
58
9.354
30 574
42 471
2 080
1 949
1 438
561
79 073
Ekspor buah manggis Indonesia walaupun terus mengalami peningkatan
yang tajam, namun dilihat dari nilai volumenya masih relatif kecil dibanding nilai
volume ekspor negara Thailand, Malaysia, dan Singapura yang rata-rata dapat
mencapai 30.000 ton per tahunnya (BPEN, 1999). Jumlah nilai volume ekspor
yang kecil tesebut bukan dikarenakan rendahnya permintaan akan buah manggis
Indonesia namun salah satu faktor penyebabnya adalah akibat sering terjadinya
penolakan buah manggis Indonesia setiba di negara tujuan ekspor setelah
diperiksa mutu bagian dalamnya walau dilihat dari mutu bagian luarnya telah
memenuhi persyaratan ekspor. Keadaan ini menggambarkan bahwa penanganan
terutama terhadap mutu bagian dalam buah manggis kurang baik. Sortasi di
3
Indonesia yang sementara ini hanya didasarkan pada evaluasi mutu bagian luarnya
saja tidak dapat memberi jaminan. Kejadian ini sangat merugikan para eksportir
buah manggis Indonesia dan juga akan menurunkan kepercayaan dunia terhadap
komoditas buah ekspor Indonesia. Tidak jarang keadaan demikian dimanfaatkan
oleh beberapa negara tetangga Indonesia, seperti Singapura. Mereka mengimpor
buah manggis dari Indonesia dan setelah dilakukan sortasi dengan kemampuan
teknologinya dalam uji mutu, kemudian diekspor kembali dengan memberi
jaminan mutu 100% baik ke berbagai negara seperti Jepang dengan harga yang
berlipat ganda
Berdasarkan kriteria SNI 01-3211-1992, buah manggis dikelaskan menjadi
tiga kelas mutu, yaitu Mutu Super, Mutu I, dan Mutu II. Persyaratan minimum
pengkelasan mutu tersebut didasarkan pada : keseragaman ukuran diameter buah,
tingkat kesegaran, warna kulit, kecacatan atau kebusukan buah, kelengkapan
tangkai atau kelopak buah, keberadaan serangga dan kadar kotorannya, dan warna
daging buah.
Baik petani, pedagang pengumpul, maupun eksportir telah
melakukan sortasi pengkelasan mutu buah manggis dengan mengacu pada
persyaratan minimum SNI, namun kegiatan ini masih dilakukan secara manual
dan visual yang mempunyai tingkat kesalahan yang relatip masih tinggi (20 %).
Terlihat bahwa sistem sortasi yang ada lebih ditujukan pada mutu bagian luarnya
saja dan hingga kini di Indonesia belum ada sistem sortasi yang mempunyai
kemampuan untuk mendeteksi mutu bagian dalam buah, padahal masalah yang
masih sering dialami oleh eksportir buah Indonesia adalah tidak dapat memberi
jaminan mutu dalam buah sehingga tidak jarang mengalami kerugian biaya
transportasi yang sia-sia. Kerusakan mutu dalam yang sering dijumpai pada buah
manggis dapat berupa getah kuning (gummosis), daging buah berwarna bening
dan mengeras (transluscent), dan kebusukan (decay).
Lama perjalanan pengiriman buah ke konsumen akhir dan keseragaman
tingkat kematangan serta masa simpan buah merupakan hal yang perlu diketahui
dalam mempersiapkan buah sebelum dilakukan pengiriman ke negara tujuan
ekspor. Bila hal ini tidak diperhatikan dengan baik maka komoditas buah yang
dikirim kemungkinan akan menjadi busuk sesampai di tempat tujuan ekspor
sehingga berdampak hilangnya kepercayaan mitra ekportir di luar negeri.
4
Akibat dari beberapa hal yang kurang diketahui dan penanganan yang
kurang baik, tidaklah mengherankan bila masih terjadi penolakan terhadap buah
manggis asal Indonesia sebesar 15% oleh beberapa negara tujuan ekspor seperti
Singapura, Hongkong, dan Taiwan (BPEN, 1999).
Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu sistem sortasi buah manggis
segar yang mampu melakukan pemeriksaan mutu bagian dalam. Untuk mencapai
sasaran tersebut diperlukan suatu penelitian dan pengembangan teknik
pemeriksaan mutu bagian dalam dan prediksi masa simpan secara non destruktif.
Masalah dan Penyelesaian Masalah
Memberi jaminan mutu luar buah terhadap tuntutan negara pengimpor masih
dapat dilakukan walau dengan cara manual atau visual yang hasil evaluasinyapun
sering tidak seragam karena faktor kelelahan dan keragaman visual manusia serta
perbedaan persepsi tentang mutu buah itu sendiri. Sedangkan memberi jaminan
mutu dalam buah masih belum dapat dilakukan karena keterbatasan kemampuan
yang kita miliki dalam mengaplikasikan kemajuan teknologi dalam uji secara non
destruktif. Ketidak mampuan memberi jaminan mutu dalam ini menjadi faktor
utama menurunnya volume ekspor buah manggis Indonesia akibat penolakan oleh
negara tujuan ekspor setelah dilakukan pemeriksaan mutu dalam buah. Dampak
buruk dari kondisi tersebut dapat menurunkan kepercayaan mitra eksportir
Indonesia terhadap komoditas buah ekspor Indonesia sehingga dapat menurunkan
harga penawaran oleh negara importir.
Disamping itu jika sejak awal dapat
dilakukan pemeriksaan mutu dalam buah mungkin kerugian akibat penolakan
yang akan ditanggung oleh para eksportir kita tidak akan terjadi.
Metode untuk mengetahui mutu dalam buah (tingkat kematangan atau
kerusakan) yang tepat adalah dengan metode ekstraksi (HPLC) atau visual dengan
cara pembelahan buah. Namun kedua metode ini bersifat merusak (destruktif)
dan bukanlah suatu cara penanganan yang tepat terhadap buah segar.
5
Pengaplikasian berbagai kemajuan teknologi untuk uji mutu secara nondestruktif telah berhasil dilakukan namun baru terbatas di bidang industri dan
konstruksi. Pengaplikasian kemajuan teknologi di bidang pertanian khususnya uji
mutu dalam buah sedang giat dikaji. Dari beberapa literatur yang diperoleh ada
beberapa teknik uji mutu secara non destruktif yang dapat dan telah diaplikasikan
untuk pemeriksaan mutu dalam buah.
Sornsrivichai et al. (1999) mencoba dengan cara yang sederhana
menggunakan metode pengukuran masa jenis untuk menggolongkan buah
manggis bergetah kuning pada permukaan daging buahnya atau daging buah
berwarna bening (transluscent) dan buah manggis kondisi normal (mulus).
Namun hasil yang diperoleh menunjukkan keragaman yang tinggi antara buah
manggis getah kuning atau daging buah berwarna bening tersebut dengan buah
mulus. Pada tahun sebelumnya Thomson (1996) melaporkan bahwa pemeriksaan
secara non destruktif (Non Destructive Testing, NDT) terhadap mutu dalam buah
dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti perbedaan warna kulit secara
optik, dengan sinar x, dengan gelombang elektromagnetik, dan menggunakan
gelombang ultrasonik.
Metode menggunakan gelombang ultrasonik menjadi alternatif pilihan untuk
menentukan mutu dalam buah, karena mempunyai daya tembus yang melebihi
gelombang NIR (Near Infra Red), dan biaya investasi lebih murah dan buah yang
telah diperiksa tidak berefek bagi kesehatan jika dikonsumsi dibanding teknik
gelombang NMR (Nuclear Magnetis Resonance) atau sinar X (Tabel 3). Teknik
menggunakan gelombang ultrasonik ini telah berhasil diuji coba untuk
menentukan kematangan buah alpukat (Galili et al., 1993), beberapa sayuran dan
buah sub tropika (Mizrach et al., 1989), dan kematangan mangga (Mizrach et al.,
1997).
Haryanto (2002) melaporkan bahwa sifat akustik dapat membedakan
tingkat ketuaan dari buah durian.
6
Tabel 3 Beberapa metode uji mutu bagian dalam secara non destruktif
(NDT) untuk buah
NDT
Kemampuan
Kelemahan
Image
Processing
dapat menentukan sifat
fisik buah (warna, bentuk,
ukuran, dan kecacatan)
hanya mampu menguji mutu
luar buah
Gelombang
NIR
dapat mendeteksi kadar
gula dan kadar asam buah
hanya mampu menguji pada
kedalaman 5 mm atau pada
buah berkulit tipis
Gelombang
Sinar X
dapat mendeteksi
kerusakan dalam buah
investasi mahal dan
kekawatiran efek samping
dari buah yang dideteksi
Gelombang
NMR
dapat mendeteksi
kerusakan dalam buah
investasi mahal dan
kekawatiran efek samping
dari buah yang dideteksi
Gelombang
Ultrasonik
dapat mendeteksi mutu
dalam dan kerusakan
dalam buah
belum banyak dilakukan,
tidak ada efek samping dari
buah yang dideteksi
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistem sortasi dalam
mengevaluasi buah manggis secara non destruktif dengan gelombang ultrasonik,
baik evaluasi terhadap sifat fisiko kimia maupun buah manggis rusak (terdapat
getah kuning pada permukaan daging buah, atau daging buah berwarna bening
dan mengeras, atau daging buah busuk). Dalam rangka mencapai tujuan tersebut
dilakukan beberapa tahap penelitian yang mempunyai tujuan spesifik, yaitu :
1 Mengkaji karakteristik gelombang ultrasonik pada buah manggis berdasarkan
tingkat ketuaan (maturity), tingkat kematangan (ripeness), dan pada buah
manggis rusak,
2 Mengkaji hubungan antara karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat
fisiko-kimia buah manggis berdasarkan tingkat ketuaan dan tingkat
kematangan,
7
3 Mengkaji aplikasi gelombang ultrasonik dalam memprediksi tingkat ketuaan,
tingkat kemanisan, dan buah manggis rusak,
4 Mengkaji aplikasi gelombang ultrasonik dalam memprediksi masa simpan.
Manfaat yang Diperoleh
Sesuai dengan apa yang menjadi tujuan dari penelitian ini diharapkan
diperoleh manfaat sebagai berikut :
1 Mengetahui tingkat ketuaan dan tingkat kematangan buah manggis serta buah
manggis rusak berdasarkan karakteristik gelombang ultrasonik,
2 Memberi data dasar perubahan karakteristik gelombang ultrasonik pada buah
manggis berdasarkan tingkat ketuaan dan tingkat kematangan serta pada buah
manggis tidak rusak dan rusak,
3 Model hubungan antara karakteristik gelombang ultrasonik dengan sifat fisikokimia buah manggis,
4 Mengetahui masa simpan buah manggis berdasarkan karakteristik gelombang
ultrasonik,
5 Membantu asfek sortasi mutu dalam buah manggis secara non destruktif (tak
merusak).
TINJAUAN PUSTAKA
Identifikasi Buah Manggis
Manggis merupakan tanaman buah berupa pohon yang berasal dari hutan
tropis teduh di kawasan Asia Tenggara, yaitu hutan belantara Malaysia atau
Indonesia. Dari Asia Tenggara, tanaman ini menyebar ke daerah tropis lainnya
seperti Srilanka, Malagasi, Karibia, Hawaii, dan Australia Utara dan ke daerah
Amerika Tengah. Di Indonesia manggis disebut dengan berbagai nama lokal
seperti manggu (Jawa Barat), manggus (Lampung), manggusto (Sulawesi Utara),
manggista (Sumatera Barat).
Di Indonesia, umumnya pohon manggis belum
dibudidayakan secara perkebunan tetapi tumbuh di sekitar pemukiman penduduk
atau tumbuh di hutan secara liar (Gambar 1).
Gambar 1 Pohon manggis yang tumbuh di sekitar pemukiman
penduduk.
9
Berdasarkan ilmu taksonomi, tanaman atau pohon manggis diklasifikasikan
sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae
Kelas
: Dicotyledonae
Ordo
: Guttiferanales
Keluarga : Guttifernae
Genus
: Garcinia
Spesies
: Garcinia mangostana L.
balai
penelitian
pohon
buah-buahan
solok
sumatera
barat
merekomendasikan tanaman manggis dibagi dalam 3 (tiga) klon, yaitu kelompok
kecil, sedang, dan besar (tabel 4). di dunia publikasi, klon tanaman manggis tidak
ada yang dikenal secara pasti karena biji dari buah tanaman manggis termasuk
dalam golongan jenis biji apomiksis, dimana golongan tanaman jenis ini
pembiakannya hanya dengan biji buah sehingga generasi tanaman berikutnya
tetap tidak berubah seperti tanaman asalnya.
Tabel 4 Tiga klon tanaman manggis
Kriteria
panjang daun
lebar daun
ketebalan kulit buah
diameter buah
berat buah
jumlah buah per tandan
Kelompok
Kecil
< 17 cm
< 8.5 cm
< 6.0 mm
< 5.5 cm
< 70 g
< 2 butir
Sedang
17 – 20
8.5 – 10
6.0 – 9.0
5.5 – 6.5
70 – 140
1 – 2 butir
Besar
cm
cm
mm
cm
g
> 20 cm
> 10 cm
> 9.0 mm
> 6.5 cm
> 140 g
> 2 butir
Pertumbuhan tanaman manggis mempunyai masa muda yang panjang.
Tanaman manggis mulai berproduksi buah dengan baik apabila telah berusia lebih
dari 8 tahun. Masa muda tanaman manggis yang panjang ini membuat para
investor kurang berminat menanamkan investasi modalnya membuka perkebunan
manggis. Untuk pertama kalinya, jumlah hasil panen buah tanaman manggis
10
adalah rendah tetapi pada panen berikut dan seterusnya akan meningkat mengikuti
bertambahnya umur tanaman.
Tanaman manggis biasanya berbuah setahun
sekali, namun dapat berbuah di luar musim dengan jumlah produksi buah yang
jauh lebih rendah dari ketika musim biasanya.
Di Indonesia, musim buah manggis dimulai pada bulan November sampai
pada bulan April tahun berikutnya. Produksi rata-rata pada panen pertama hanya
sejumlah 5 - 10 buah/pohon, pada panen kedua rata-rata sejumlah 30 buah/pohon,
dan selanjutnya rata-rata dapat mencapai sejumlah 600 – 1 000 buah/pohon sesuai
dengan bertambahnya umur pohon.
Puncak produksi pohon manggis yang
dipelihara secara intensif dapat menghasilkan hingga sejumlah 3 000 buah/pohon
dengan rata-rata sejumlah 2 000 buah/pohon. Produksi per ha (100 pohon) dapat
mencapai sekitar 200 000 buah atau 20 ton buah. Panen raya terjadi seiring
dengan datangnya musim kemarau panjang.
Buah manggis terletak pada ranting pohon dan dapat berkembang sekalipun
tersembunyi dari cahaya matahari (Gambar 2). Buah yang besar dan berkulit
mulus sering didapat pada ranting-ranting bagian dalam tajuk pohon, sebaliknya
buah cenderung lebih kecil dan kulit berwarna kusam yang berada pada ujung
ranting-ranting yang terbuka karena tidak terlindung dari gangguan alam dan
hama penyakit. Secara normal, satu ranting hanya mengeluarkan 1 buah manggis
namun pada secara berkala dapat ditemukan ranting yang mengeluarkan 3 hingga
7 buah manggis sekaligus.
Sentra produksi buah manggis di Indonesia adalah Kalimantan Timur,
Kalimantan Tengah, Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa, Tasikmalaya),
Sumatera Barat, Sumatera Utara, Riau, Jawa Timur, Sulawesi Utara, Bali, NTB,
NTT, Maluku, dan Papua.
11
Gambar 2 Buah manggis timbul pada ujung atau bagian
dalam ranting pohon.
Anatomi, Morfologi, dan Sifat Fisik Buah Manggis
Buah manggis berbentuk bulat,