BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Jeruk
Tanaman jeruk adalah tanaman buah tahunan yang berasal dari Asia. Cina dipercaya sebagai tempat pertama kali jeruk tumbuh. Sejak ratusan tahun yang
lalu, jeruk sudah tumbuh di Indonesia baik secara alami atau dibudidayakan. Tanaman jeruk yang ada di Indonesia adalah peninggalan Belanda yang
mendatangkan jeruk manis dan keprok dari Amerika dan Itali AAK 1994. Jenis jeruk lokal yang dibudidayakan di Indonesia adalah Jeruk Keprok Citrus
reticulatanobilis L., Jeruk Siem C. microcarpa L. dan C.sinensis. L yang terdiri atas Siem Pontianak, Siem Garut, Siem Lumajang, Jeruk Manis C. auranticum L.
dan C.sinensis L., Jeruk SitrunLemon C. medica, Jeruk Besar C.maxima Herr., Jeruk Nipis C. aurantifolia, Jeruk Purut C. hystrix dan Jeruk Sambal
C. hystix ABC. Jeruk varietas introduksi yang banyak ditanam adalah varitas Lemon dan Grapefruit. Sedangkan varitas lokal adalah Jeruk Siem, Jeruk Baby,
Keprok Medan, Bali, Nipis dan Purut. Sentra jeruk di Indonesia tersebar meliputi: Garut -Jawa Barat, Tawangmangu-Jawa Tengah, Batu -Jawa Timur, Tejakula-
Bali, Selayar-Sulawesi Selatan, Pontianak-Kalimantan Barat dan Medan - Sumatera Utara. Kantor Deputi Menegristek Bidang Pendayagunaan dan
Pemasyarakatan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi 2000.
Klasifikasi botani jeruk keprok adalah sebagai berikut Van Steenis 1975: Divisi
: Spermatophyta Subdivisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledoneae
Bangsa : Geraniales Suku
: Rutaceae Marga
: Citrus Jenis
: Citrus nobilis Lour Semua jenis jeruk tidak suka tempat yang terlindung dari sinar matahari.
Jeruk memerlukan 5-6, 6-7 atau 9 bulan basah musim hujan. Bulan basah ini diperlukan untuk perkembangan bunga dan buah agar tanahnya tetap lembab. Di
Indonesia tanaman ini sangat memerlukan air yang cukup terutama di bulan Juli- Agustus. Temperatur optimal antara 20-30
C namun ada yang masih dapat tumbuh normal pada 38
C. Jeruk Keprok memerlukan temperatur optimal pada 20
C. Kecepatan angin yang lebih dari 40-48 akan merontokkan bunga dan buah sehingga dibutuhkan tanaman penahan angin. Kelembaban optimum untuk
pertumbuhan tanaman ini sekitar 70-80 Kantor Deputi Menegristek Bidang Pendayagunaan dan Pemasyarakatan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi 2000.
Tumbuhan Jeruk Keprok merupakan jenis pohon dengan tinggi 2-8 meter. Tangkai daun bersayap sangat sempit sampai boleh dikatakan tidak bersayap,
panjang 0.5-1.5 cm. Helaian daun berbentuk bulat telur memanjang, elliptis atau berbentuk lanset dengan ujung tumpul, melekuk ke dalam sedikit, tepinya
bergerigi beringgit sangat lemah dengan panjang 3.5-8 cm. Bunganya mempunyai diameter 1.5-2.5 cm, berkelamin dua daun mahkotanya putih. Buahnya berbentuk
bola tertekan dengan panjang 5-8 cm, tebal kulitnya 0.2-0.3 cm, dan daging
8
buahnya berwarna jingga. Rantingnya tidak berduri dan tangkai daunnya selebar 1-1.5 mm Van Steenis 1975.
Tinggi tempat dimana jeruk dapat dibudidayakan bervariasi dari dataran rendah sampai tinggi tergantung pada spesies: Jenis Keprok Madura, Keprok
Tejakula: 1 –900 m dpl. ; Jenis Keprok Batu 55, Keprok Garut: 700-1.200 m dpl. ;
Jenis Manis Punten, Waturejo, WNO, VLO: 300 –800 m dpl. ; Jenis Siem: 1–700
m dpl. ; Jenis Besar Nambangan-Madiun, Bali, Gulung: 1 –700 m dpl. ; Jenis
Jepun Kasturi, Kumkuat: 1-1.000 m dpl. ;Jenis Purut: 1 –400 m dpl.
Tabel 2.1 Kandungan vitamin dan zat mineral lainnya setiap 100 gram buah jeruk
Kandungan Kadar
Jenis Jeruk Keprok
Manis Nipis
Grape Fruit Vitamin A I.U.
400.0 200.0
- -
Vitamin B I.U. 60.0
60.0 60.0
60.0 Vitamin C I.U.
60.0 30.0
40.0 50.0
Protein gram 0.5
0.5 0.5
0.5 Lemak gram
0.1 0.1
- -
Hidrat arang gram 8.0
10.0 3.0
4.0 Besi mgr
- 0.3
0.1 0.1
Kapur mgr 40.0
40.0 10.0
20.0 Phosphor mgr
20.0 20.0
10.0 20.
Sumber :AAK 1994
Tabel 2.2 Volume impor buah-buahan pada tahun 2007-2011 di Indonesia
Komoditas Volume Impor ton
2007 2008
2009 2010
2011
Jeruk 119 740 143 770 216 785 203 916 231 542
Apel 146 655 141 239 155 277 199 484 214 245
Pir 94 558
86 755 90 390 111 276 133 592
Anggur 29 136
28 156 37 745
44 087 59 162
Durian 23 149
24 679 28 935
24 368 27 149
Pisang 25
56 328
2 779 1 631
Mangga 1 088
969 821
1 129 989
Semangka 921
390 761
1 036 832
Strawberi 639
833 567
452 564
Melon 111
100 632
364 348
Pepaya 57
163 300
580 299
Nanas 345
2 014 198
219 267
Nangka 5
- 18
35 66
Rambutan 87
- 33
23 27
Manggis 14
2 10
13 20
Langsat 9
284 146
5 Belimbing
1 1
4 4
1 Lainnya
86 585 72 944 107 576 102 791 161 339
Sumber: BPS 2012
9
Jika ditinjau dari segi hama dan penyakit buah jeruk maka ada beberapa fenomena yang terjadi. Diantaranya adalah tungau, penggerek buah, kutu
domplotan, lalat buah, kutu sisik, kudis, busuk buah, gugur buah prematur dan kanker. Tungau Tenuipalsus sp. , Eriophyes sheldoni Tetranychus sp menyerang
bagian tangkai, daun dan buah. Sehingga muncul bercak keperakperakan atau coklat pada buah dan bercak kuning atau coklat pada daun. Penggerek buah
Citripestis sagittiferella. dapat menimbulkan lubang yang mengeluarkan getah. Kutu dompolon Planococcus citri. menyerang bagian tangkai buah sehingga
berkas berwarna kuning, mengering dan buah gugur. Lalat buah Dacus sp. menyerang bagian buah yang hampir masak. Terlihat gejala adanya lubang kecil
di bagian tengah, buah gugur, belatung kecil di bagian dalam buah.
Kutu sisik Lepidosaphes beckii Unaspis citri. dapat menyerang bagian daun, buah dan tangkai. Daun berwarna kuning, bercak khlorotis dan gugur daun.
Busuk buah disebabkan oleh Penicillium spp. Phytophtora citriphora, Botryodiplodia theobromae. Indikasi yang terlihat adalah: terdapat tepung-tepung
padat berwarna hijau kebiruan pada permukaan kulit. Kanker disebabkan oleh bakteri Xanthomonas campestris Cv. Citri. Bagian yang diserang adalah daun,
tangkai, dan buah. Kanker dicirikan dengan adanya bercak kecil berwarna hijau- gelap atau kuning di sepanjang tepi, luka membesar dan tampak seperti gabus
pecah dengan diameter 3-5 mm. Tabel 2.3 Volume ekspor buah-buahan pada tahun 2007-2011 di Indonesia
Komoditas Volume Ekspor ton
2007 2008
2009 2010
2011
Manggis 9 093
9 466 11 319
11 388 12 603
Pisang 2 378
1 970 701
14 1 735
Mangga 1 198
1 908 1 616
999 1 485
Jeruk 1 109
1 402 1 108
1 339 1 005
Anggur 520
103 97
148 555
Rambutan 396
725 666
533 496
Pepaya 37
143 111
468 Melon
52 39
148 229
256 Semangka
370 1 144
483 42
169 Apel
130 171
143 86
112 Strawberi
582 211
403 374
82 Nangka
2 2
16 28
4 Belimbing
Pir 19
1 1
- Durian
2 33
21 25
- Langsat
- 45
43 -
- Buah Lainnya
31 629 36 961
28 115 22 019
14 818 Sumber: BPS 2012
10
Dalam tiap - tiap 100 gram buah jeruk mengandung vitamin dan zat mineral seperti Tabel 2.1. Vitamin-vitamin dan zat-zat mineral di atas berguna sebagai
pencegah kekurangan vitamin C, begitu pula dapat menyembuhkan penyakit influenza dan banyak khasiat lainnya Simarmata 2010.
Kondisi Indonesia dewasa ini sangat memprihatinkan dalam hal pemenuhan akan buah jeruk dalam negeri. Hampir semua buah jeruk didominsi oleh produk
luar negeri. Indonesia termasuk negara pengimpor buah jeruk yang tinggi. Bahkan mengalami peningkatan yang besar hampir 20 per tahun. Sementara ekspor
buah jeruk tidak mengalami peningkatan. Hal ini dilaporkan oleh Badan Pusat Statistik sejak tahun 2007 sampai 2011 seperti Tabel 2.2 dan 2.3.
Jeruk Keprok Garut
Jeruk keprok merupakan komoditi buah-buahan yang sejak lama tumbuh subur di Kabupaten Garut. Penampilan jeruk ini dapat dilihat seperti pada Gambar
2.1. Berbagai varietas jeruk juga dapat ditemui seperti Jeruk Keprok Garut, Siem, Licin, dan Konde. Tahun 1986 Jeruk Garut mengalami penurunan populasi akibat
adanya letusan Gunung Galunggung dan serangan CVPD. Berbagai upaya telah dilakukan sejak tahun 1992 baik berupa rehabilitasi tanaman sakit, maupun
pembibitan bebas CVPD, sehingga pertanaman jeruk sampai tahun 2004 menghasilkan produksi sebesar 67 601 ton. Tahun 1996 Jeruk Garut telah diakui
merupakan tanaman khas Garut, hal ini tertuang dalam SK Mentan, No.760KptsTP.240699 Tentang Pelepasan Jeruk Keprok Garut sebagai Varitas
Unggulan. Saat ini, Kabupaten Garut telah memiliki Balai Benih Hortikultura Blok Penggandaan Mata Tempel. BBH ini pada dasarnya tetap mengedepankan
komoditi Jeruk sebagai komoditi andalan disamping buah-buahan spesifik lainnya dan tanaman hias. Daerah sentra yang dikenal sebagai produsen Jeruk Garut
diperlihatkan pada Tabel 2.4. Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten Garut 2009
Tabel 2.4 Daerah sentra produsen Jeruk Keprok Garut di Kabupaten Garut
Kecamatan Jumlah Tanaman
pohon Jumlah tanaman
menghasilkan pohon Produksi ton
Samarang 55 047
48 997 2 454
Pasirwangi 60 927
30 000 1 559
Wanaraja 1 620
600 30
Karangpawitan 34 457
17 850 955
Bayongbong 11 917
- -
Cisurupan 46 890
14 650 713
Cilawu 12 800
6 050 291
Cibalong 15 040
3 724 175
Sumber:Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten Garut 2009
11
Tabel 2.5 Banyaknya tanaman buah-buahan yang menghasilkan di Kabupaten Garut pada tahun 2007 pohon
Kecamatan Jeruk SiamKeprok
Mangga Nangka
Nenas
Cilawu 4 500
12 300 2 053
13 100 Bayombong
17 057 6 448
4 694 -
Karangpawitan 43 652
6 590 160
- Wanaraja
4 320 1 157
210 -
Cibalong 15 147
35 120 257
717 Cisurupan
48 591 3 900
3 040 -
Wanaraja 4 320
1 157 210
- Pasirwangi
57 673 1 637
510 946
Sumber: Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten Garut 2009
Tabel 2.6 Banyaknya populasi tanaman jeruk di Kabupaten Garut pohon Tahun Populasi Tan. Jeruk ph
Tahun Populasi Tan. Jeruk ph
1990 103 273
1999 476 417
1991 86 430
2000 390 858
1992 68 786
2001 228 589
1993 140 584
2002 246 952
1994 159 314
2003 252 718
1995 242 903
2004 349 461
1996 383 865
2005 381 850
1997 454 485
2006 384 599
1998 531 184
Sumber: Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten Garut 2009
Gambar 2.1 Jeruk Keprok Garut utuh dan bagian-bagian jeruk Tetra 2004 Tanaman jeruk di Kabupaten Garut pada umumnya belum diperkebunkan
dalam skala yang luas, berkisar antara 100 sd 2000 pohonpetani, dengan rata- rata pemilikan 300 sd 500 pohon. Kondisinya berpencar-pencar, terutama di
wilayah kecamatan sentra produksi, yaitu Kecamatan Pasirwangi, Samarang, Bayongbong, Cigedug, Cisurupan, Wanaraja, Leles, Karangpawitan, Tarogong,
Banyuresmi, Cilawu. Jumlah populasi tanaman yang ada pada tahun 2004 tercatat 349 461 pohon. Jumlah populasi terbesar terdapat di Kecamatan Samarang
49
. 597 ph, Pasirwangi 69 679 ph, Cisurupan 44 090 ph dan Sukaresmi
12
26 .
810 ph Produktivitas rata-rata baru mencapai 48.05 kgphthn, dengan jumlah tanaman menghasilkan 140 808 pohon, dan tanaman belum menghasilkan umur
3 tahun 208 653 pohon. Jumlah produksi tahun 2004 tercatat 67 601 kwintal Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten Garut 2009. Berdasarkan
Badan Pusat Statistik dan Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Garut, perkembangan populasi tanaman jeruk pada tahun 2007 terlihat pada Tabel 2.5
dan 2.6. Selain itu pemerintah Garut sudah menargetkan satu juta pohon pada tahun 2011 dan swasembada jeruk pada tahun 2016.
Fisiologi Pascapanen Buah Jeruk Keprok
Kehidupan buah meliputi 3 tahap fisiologi utama yaitu pertumbuhan sel growth, pendewasaan maturation dan penuaan senescence. Setelah proses
pembelahan sel pada cikal bakal buah kemudian akan dilanjutkan dengan pembesaran ukuran dan pengembangan sel sampai mencapai volume dan ukuran
maksimal Wills et al. 1989. Tahap pertumbuhan dan pendewasaan adalah tahap perkembangan sel. Sementara pematangan merupakan akhir darui pendewasaan
dan awal penuaan. Pada tahap penuaan terjadi perubahan sifat-sifat fisik dan kimia buah sampai akhirnya buah mengalami pembusukan atau kematian. Tahap
akhir kematangan sampai senescence berlanjut ketika buah lepas. Namun jeruk merupakan buah yang memiliki tipe pola respirasi nonklimakterik yaitu pada saat
mendekati tahap senescence tidak menunjukan adanya perubahan laju produksi CO
2
dan etilen yang besar. Etilen adalah hormon yang mengatur penuaan dan pemasakan yang aktif
dalam jumlah kecil 0.1 ppm. Tingkat respirasi buah jeruk rendah, yaitu pada kisaran 5
o
C mempunyai kecepatan 5-10 mg CO
2
kg jam dan kecepatan produksi etilen yang sangat rendah yaitu kurang dari 0.1µ l C
2
H
4
kg jam pada kisaran suhu 20
o
C Margeyst 1999; Kader 1992; Ladaniya 2008. Respirasi buah jeruk dipengaruhi oleh temperatur, kelembaban, pergerakan udara, gas atmosfir dan
praktek penaganan buah Ladaniya 2008. Pada kelembaban rendah, kecepatan respirasi jeruk lebih rendah daripada pada kelemaban tinggi. Peningkatan
temperatur akan meningkatakan laju respirasi.
Proses pematangan buah menyebabkan adanya perubahan fisik dan kimia pada buah. Perubahan-perubahan tersebut dapat menentukan kualitas buah. Ketika
mendekati proses akhir hidupnya, buah jeruk akan mengalami penurunan mutu. Hal ini dapat dilihat dari penampilan kulit buah yang keriput atau munculnya
kebusukan Wills et al. 1989.
Perubahan fisiologi yang terjadi pada komoditi panenan meliputi perubahan kimia yang akhirnya juga mempengaruhi terjadinya perubahan fisik. Beberapa
peristiwa dan perubahan yang mungkin terjadi selama pemasakan buah berdaging adalah pematangan biji, perubahan warna, perubahan laju respirasi, perubahan
laju produksi etilen, perubahan permeabilitas jaringan, perubahan senyawa pektin pelunakan, perubahan komposisi karbohidrat, perubahan asam organik, produksi
senyawa volatil. Perubahan kimia yang terjadi meliputi perubahan kandungan karbohidrat, etilen, asam, lipida, protein dan zat warna. Sedangkan perubahan
fisik meliputi perubahan warna, tekstur, dan perubahan citarasa Santoso 2005.
Perubahan warna kulit dapat dijadikan tanda untuk tingkat kematangan buah jeruk. Perubahan warna jeruk keprok yang terjadi selama kematangan hanya
13
sedikit warna hijau. Pengujian rasa untuk mengetahui kematangan buah tipe ini paling baik dilakukan Pantastico et al. 1993. Pada saat pematangan, pecahan
pektin dan polisakarida lainnya menyebabkan buah menjadi lunak sehingga lebih sensitif terhadap gangguan mekanik. Pematangan akan menyebakan peningkatan
kadar gula sederhan, penurunan kadar asam organik dan senyawa fenolik, serta peningkatan produksi zat-zat volatil untuk memberikan bau yang khas pada buah
Muchtadi dan Sugiyono 1992.
Mutu dan Standar Buah Jeruk Keprok
Jeruk keprok termasuk digolongkan dalam empat ukuran yaitu kelas A. B. C dan D. berdasarkan berat tiap buah. yang masing-masing digolongkan dalam dua
jenis mutu. yaitu Mutu I dan Mutu II SNI 1992. Kelas A: diameter ≥ 7.1 cm atau
≥ 151 grambuah. Kelas B: diameter 6.1–7.0 cm atau 101–150 grambuah. Kelas C: diameter 5.1
–6.0 cm atau 51–100 grambuah. Kelas D: diameter 4.0–5.0 cm atau 50 grambuah. Adapun syarat mutu buah jeruk keprok berdasarkan
Kementrian Perdagangan adalah seperti pada Tabel 2.7. Tabel 2.7 Standar jeruk keprok Kementrian Perdagangan Tim PS 2003
Kriteria
Mutu 1 Mutu 2
Keasamaan varietas:
Seragam Seragam
Tingkat ketuaan
Tua. tidak terlalu matang Tua. tidak terlalu matang
Kekerasan
Keras Cukup keras
Ukuran
Seragam Kurang seragam
Kerusakan
5 10
Kotoran
Bebas Bebas
Busuk
1 2
Keasamaan sifat varietas, ketuaan, kekerasan dan kotoran dilakukan dengan cara uji organoleptik. Sementara parameter lain dilakukan pengukuran sesuai
standar uji seperti ukuran cara uji SP-SMP-309-1981. Kerusakan. jmljml: cara uji SP-SMP-310-1981 dan Busuk jmljml: cara uji SP-SMP-311-1981.
Berdasarkan SNI 3165 tahun 2009, buah jeruk keprok memiliki total padatan terlarut minimum 8 Brix. Derajat Brix menggambarkan nilai rata-rata
kemanisan dari keseluruhan bagian daging buah. Warna buah harus menunjukkan ciri varietas dan atau tipe komersial serta lokasi tanam. Perlakuan pengkuningan
kulit buah degreening tidak diperbolehkan.
Kelas super merupakan jeruk keprok bermutu paling baik super yaitu mencerminkan ciri varietastipe komersial, bebas dari kerusakan kecuali
kerusakan sangat kecil. Kelas A merupakan jeruk keprok bermutu baik yaitu mencerminkan ciri varietastipe komersial, dengan kerusakan kecil yang
diperbolehkan sebagai berikut: sedikit penyimpangan pada bentuk, sedikit penyimpangan pada warna kulit, sedikit penyimpangan pada kulit terkait dengan
pembentukan buah, sedikit bekas lukacacat pada kulit akibat mekanis. Total area yang mengalami penyimpangan dan cacat maksimum 10 total luas permukaan
buah dan penyimpangan tersebut tidak boleh mempengaruhi mutu daging buah. Kelas B merupakan jeruk keprok bermutu baik yaitu mencerminkan ciri
varietastipe komersial, dengan kerusakan kecil yang diperbolehkan sebagai berikut: sedikit penyimpangan pada bentuk, sedikit penyimpangan pada warna
14
kulit, sedikit penyimpangan pada kulit terkait dengan pembentukan buah, sedikit bekas lukacacat pada kulit akibat mekanis. Total area yang mengalami
penyimpangan dan cacat maksimum 15 dari total luas permukaan buah dan penyimpangan tersebut tidak boleh mempengaruhi mutu daging buah.
Spektroskopi Listrik Bahan
Tinjauan kualitas buah harus ditinjau dari karakterisasi dan pengujian sifat dasar dari bahan penyusunnya. Spektroskopi listrik merupakan tinjauan spektrum
frekuensi dari besaran – besaran listrik yang terkait dengan bahan. Hal ini terkait
dengan frekuensi sinyal eksternal yang diberikan pada bahan dan kemampuan tanggapan dari bahan terhadap kondisi tersebut.
Dua garis besar sifat listrik yang utama adalah sifat konduktif yang biasanya direpresentasikan
dengan nilai
konduktivitas atau
impedansinya. Nilai
konduktivitas berkorelasi dengan mobilitas ion atau elektron dalam bahan ketika diberikan energi dari luar bahan seperti perbedaan potensial listrik. Sifat utama
lainnya adalah sifat kapasitif atau sifat dielektrik bahan. Sifat ini menandakan suatu tingkat kemampuan polaritas dari molekul dalam bahan ketika diberikan
beda potensial dari luar. Sifat konduktivitas maupun kapasitif bahan bisa dipengaruhi oleh kondisi eksternal maupun internal dari bahan. Faktor
eksternalnya antara lain beda potensial, arus listrik, frekuensinya dan suhu. Sementara faktor internal antara lain polaritas bahan, jenis kandungan bahan, dan
energi ikatan molekuler. Karakteristik listrik pada bahan bisa dianalisa dengan pendekatan rangkaian elektronik antara resistor dan kapasitor secara parallel Choi
et al. 2001.
Kapasitansi Listrik dan Bahan Dielektrik
Kapasitansi listrik dari bahan dipengaruhi oleh permitivitas atau sifat dielktriknya. Hal tersebut merupakan konsekuensi dari kemampuan polaritas
bahan. Dalam aplikasinya, pengukuran nilai kapasitansi bisa dikorelasikan dengan pengukuran kadar air bahan, kelembaban Figura dan Teixeira 2007. Permitivitas
atau sifat dielektrik digambarkan sebagai permitivitas relatif kompleks yang
merupakan pembagi antar permitivitas absolut dengan permitivitas ruang hampa. Karena permitivitas merupakan suatu bilangan kompleks maka dinyatakan dalam
dua bagian yaitu real dan imaziner Sitkei 1986. Jika sumber tegangan merupakan sinyal bolak-balik dengan frekuensi f maka permitivitas dapat
diturunkan dari vektor dielectric displacements D dan vektor medan listrik E sebagai berikut:
E D
2.1a
j
2.1b Dengan j merupakan bilangan imajiner,
merupakan konstanta dielektrik relatif kompleks
dan
.
15
a b c
Gambar 2.2 Skema kapasitor keping sejajara, kondisi penyisipan sebagian bahanb, dan model rangkaian kapasitornyac
Kapasitansi listrik juga merupakan ukuran dari kapasitas penyimpanan muatan untuk suatu perbedaan potensial tertentu Tipler 1991. Kapasitor sendiri
merupakan suatu komponen elektronika yang terdiri dari dua buah keping penghantar terisolasi yang disekat satu sama lain dengan suatu bahan dielektrik.
Keberadaan bahan dielektrik akan menyebabkan lemahnya medan listrik diantara keping kapasitor sehingga kapasitansinya naik. Lemahnya medan listrik antar
keping kapasitor dikarenakan hadirnya medan listrik internal dari molekul- molekul dalam bahan dielektrik yang akan menghasilkan medan listrik tambahan
yang arahnya berlawanan dengan medan listrik luar. Banyaknya muatan Q yang tersimpan pada kapasitor C sebanding dengan tegangan V yang diberikan oleh
sumber dan dinyatakan dengan persamaan Q = CV.
Nilai kapasitansi bergantung pada faktor geometri dan sifat bahan dielektrik. Faktor geometri yang menentukan adalah luas penampang keping dan
jarak antar keping. Sedangkan sifat bahan dielektrik ditentukan oleh nilai konstanta dielektriknya dan frekuensi sinyal. Suatu kapasitor keping sejajar yang
diberikan tegangan sebesar Vs diperlihatkan pada Gambar 2.2a. Besarnya nilai kapasitansi kapasitor keping sejajar dinyatakan pada persamaan:
d A
f f
C
2.2 Dimana A : luas penampang keping sejajar m
2
: permitivitas ruang hampa 8.85 x 10
-12
Fm d : jarak pisah antar keping sejajar m
Pada ruang hampa kapasitansi dinyatakan sebagai berikut
d A
C
2.2a Sedangkan jika diantara dua keping terdapat bahan dielektrik persamaannya
adalah
d A
C
2.2b dengan ε adalah permitivitas bahan dielektrik Fm Tipler 1991.
Contoh Ilustrasi aplikasi pengukuran dan pemodelan kapasitansi adalah pada bahan yang disisipkan pada kapasitor tersebut pada Gambar 2.2 bagian b dan
c Figura dan Teixeira 2007. Besarnya pengisian bahan pada plat kapasitor bisa
+ -
- d
Vs d
h a
a
C C
1
16
dianalisa dengan memanfaatkan modelnya. Maka nilai kapasitansi totalnya sebagai berikut:
1
C C
C
total
d h
a a
d ah
C
total
h a
h d
a C
total
a h
h d
a C
total
1
2.2c Atau bisa disederhanakan dalam bentuk suseptibilitas listrik
:
a h
d a
C
total
h d
a C
C
kosong total
2.2d Gambar 2.3 Kapasitor silinder kondisi dengan pengisian sebagian bahan dielektrik
Persamaan tersebut bisa dipakai untuk menentukan ketinggian atau kedalam bahan pada plat kapasitor. Persamaan tersebut dapat diartikan bahwa nilai
kapasitansinya linier terhadap tinggi bahan dielektrik pengisinya. Selain itu, kapasitor juga bisa bebentuk silinder. Nilai kapasitansinya bergantung pada
dimensi jari – jari plat bagian dalam r
i
dan luar r
a
serta panjang dari silinder tersebut l. Ilustrasinya diperlihatkan pada Gambar 2.3.
Nilai kapasitansi dari kapasitor silinder kosongnya adalah :
i a
r r
l C
ln .
. 2
2.2e
Setelah sebagian terisi maka persamaan menjadi
1
C C
C
total
h r
r h
l r
r C
i a
i a
total
ln
. .
2 ln
. 2
ln .
2 h
l h
r r
C
i a
total
r
i
r
a
h l
17
l h
r r
C
i a
total
ln .
2
l r
r h
r r
C
i a
i a
total
ln .
2 ln
. 2
kosong i
a total
C h
r r
C
ln .
2
2.2f
Persamaan tersebut analog dengan persamaan kapasitor plat paralel, yaitu dapat diartikan bahwa nilai kapasitansinya linier terhadap tinggi bahan dielektrik
pengisinya.
Nilai dielektrikum dan kelistrikan bahan ada yang bersifat nonlinier Zhou et al. 2001 sehingga perlu pengukuran dengan alat yang bisa meminimalkan
fenomena tersebut. Pada pemakaian sumber arus tetap, kondisi sumber sinyal listrik tidak terganggu oleh kondisi bahan uji Ron et al. 2001.
Pada bahan kapasitif sering muncul fenomena kehilangan energi yang direpresentasikan dengan besaran
. Loss faktor atau Loss coefficient ini merupakan parameter yang menyatakan kemampuan suatu bahan untuk
menghamburkan atau melepaskan energi dan mengkonversinya menjadi panas. Sudut loss coefficient dibentuk oleh fasor arus total bolak-balik dengan arus
pengisian Ic pada kapasitor. seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4 a Harmen 2001. Pada kondisi tidak ada kehilangan energi atau kondisi idel maka arus pada
kapasitor idealnya mendahului tegangan sebesar 90°. Apabila terjadi kehilangan energi, maka sudut fase akan berkurang dan sudut loss koefisient akan bertambah.
sehingga loss coefficient dapat dinyatakan sebagai: Loss Coefficient = 90° - sudut
fase θ. Pada kasus pemberian sinyal dengan frekuensi tertentu, maka bahan
dielektrik dapat dimodelkan sebagai rangkaian resistor dan kapasitor secara paralel sepeti Gambar 2.4 b. Pada gambar tersebut dapat ditinjau faktor daya PF
sebagai nilai cos . Pada kasus kehilangan dielektrik rendah low loss dielectric
yaitu kecil, maka nilai cos bisa menggantikan tan . Loss coefficient dapat
dinyatakan dalam persamaan konduktansi sebagai berikut
C G
C V
R V
I I
C R
tan
2.3 dengan
ω adalah frekuensi angular. Pada saat bahan dielektrik diberikan medan listrik luar, maka muatan-
muatan listriknya kan terkutubkan atau terpolarisasi. Bahan dielektrik merupakan bahan nonk konduktor yang tidak memiliki elektron bebas. Muatan positif dan
negatif bahan akan membentuk dwikutub atau dikenal dengan diplo listrik. Jika frekuensi sumber tegangan eksternal diubah-ubah maka bahan dielektik yang
disisipkan antara dua plat tersebut akan terganggu, diantaranya perubahan arah momen dipol
– momen dipol listrik sesuai dengan frekuensinya. Jika momen dipol bahan lebih seragam maka kondisi ini akan mengurangi medan listrik
eksternal dari sumber tegangan tersebut. Kondisi penyeragaman momen dipol ini tergantung dari sifat bahan tersebut. Molekul-molekul dari beberapa bahan
18
dielektrik, seperti air, mempunyai momen dipol listrik permanen. Di dalam bahan- bahan seperti itu bahan polar maka momen-momen dipol listrik cenderung untuk
mensejajarkan dengan suatu medan listrik luar Lumsden 1997. Ilustrasi pensejajaran dipol listrik dari bahan sebagai akibat medan listrik eksternal
diperlihatkan pada Gambar 2.5.
a b
Gambar 2.4 Rangkaian setara RC a dan diagram fasornya b
a b
Gambar 2.5 Tingkat pensejajaran momen dipol listrik pada bahan ketika tidak ada medan listrik a dan ketika ada medan listrik eksternal b
Konduktivitas dan Resistivitas Listrik
Konduktivitas listrik merupakan ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Konduktivitas listrik ditentukan oleh beberapa faktor
yaitu konsentrasi atau jumlah ion. mobilitas ion. serta suhu. Semakin tinggi konsentrasi atau jumlah ion maka konduktivitas listrik semakin tinggi. Hubungan
ini terus berlaku hingga larutan menjadi jenuh. Suhu yang tinggi mengakibatkan viskositas air menurun dan ion-ion dalam air bergerak cepat yang menyebabkan
kenaikan konduktivitas listrik Hendayana et al.
1995. Konduktivitas listrik σ didefinisikan sebagai rasio dari rapat arus J terhadap kuat medan listrik E
E J
2.4
Secara umum jika ion dengan muatan pembawanya ada dalam bahan makanan atau pertanian dan diberikan beda potensial tertentu maka akan terjadi
aliran arus yang melewati bahan tersebut Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Aliran elektron dalam bahan konduktor ketika ada beda potensial listrik eksternal
E eksternal
I
R
I Ic
θ
δ R C
~
19
Pada tinjauan elektron pada bahan dikenal dengan istilah elektron valensi yang merupakan elektron terlua yang masih terikat pada atom dan menempati pita
energi valensi. Pada kasus pemberian energi dari luar maka elektron tersebut akan lepas menjadi elektron bebas atau elektron konduksi. Elektron konduksi
merupakan muatan yang bergerak dalam bahan dan sebagai pembawa arus. Pergerakan elektron dalam bahan mengindikasikan adanya aliran arus listrik pada
bahan tersebut. Elektron tersebut bergerak bebas dengan kecepatan tertentu. Tanpa adanya medan listrik luar pada bahan maka arah gerak elektron tersebut
akan sembarangan atau acak seperti pegerakan molekul gas di dalam suatu wadah. Elektron-elektron tersebut terus bergerak dan bertumbukan satu sama lain atau
bahkan dengan inti ataom sehingga terjadi perubahan gerak secara acak.
Bila ditinjau pada bahan konduktor yang diberikan beda potensial V atau medan listrik E dari luar. Maka ektron-elektron tersebut mendapatkan gaya listrik
untuk bergerak pada suatu arah tertentu sehingga mengalami percepatan yang arahnya tergantung dari polaritas beda potensial luarnya.
Bila medan listrik diberikan pada sebuah elektron maka akan terjadi gaya listrik sebesar eE yang akan memberikan percepatan a kepada elektron tersebut.
Maka berdasarkan hukum newton dua berlaku:
eE ma
F
m
eE a
2.5 Selama tumbukan elektron tersebut mengalami perubahan arah dengan laju
drift tertentu v
d
yang dapat didekati dengan persamaan persepatan a dan waktu rata-rata diantara tumbukan
:
m eE
a v
d
2.5a Nilai kecepatan drift ini dapat dinyatakan dalam rapat arus maupun jumlah
elektran ne dan digabungkan menjadi sebagai berikut;
m eE
ne J
v
d
m eE
ne J
m
ne E
J
2
2.5b
Dengan menggabungkan ke dalam persamaan dasar konduktivitas listrik maka
m ne
E J
2
2.6 Dengan pendekatan waktu selang antara tumbukan sebagai pembagian
kecepatan drift v
d
dan panjang lintas bebas rata rata , maka konduktivitas
listrik bisa dinyatakan sebagai Beiser 1987 berikut:
d
v m
ne
2
2.6a Karakteristik lain yang merepesentasikan kebalikan dari konduktivitas
listrik adalah resistivitasnya . Resistivitas juga merupakan karakteristik bahan
yang khas. Dua besaran ini sangatlah berhubungan erat sekali. Secara
20
makroskopik nilai hambatan bahan dipengaruhi juga oleh geometri bahan luas, A dan panjang, L dan sifat khas bahan. Ilustrasinya adalah sebagai beikut:
A L
R
7 Secara umum, material dapat diklasifikasikan berdasarkan kemampuannya
untuk membawa atau menghantarkan muatan listrik: Konduktor adalah material yang mudah menghantarkan muatan listrik seperti tembaga, emas dan perak.
adalah contoh insulator yang baik. Semikonduktor adalah material yang memiliki sifat antara konduktor dan insulator. Silikon dan germanium adalah material yang
banyak digunakan dalam pabrikasi perangkat elektronik.
Nilai konduktivitas maupun resistivitas bahan konduktor dipengaruhi juga oleh suhu T secara linier. Representasinya diperlihatkan pada persamaan di
bawah ini:
1 T
o
atau
1 T
o
Impedansi Listrik
Impedansi listrik merupakan parameter penting yang digunakan untuk menganalisa rangkaian elektronik , komponen listrik, dan bahan bahan lain.
Secara umum impedansi listrik Z didefiniskan sebagai total hambatan pada suatu rangkaian elektronik ketika diberikan arus bolak-balik. Nilai impedansi ini
dinyatakan dalam bentuk bilangan kompleks dan bisa dibuat grafik fasor dari resistor R pada bagian real, reaktansiX dari kapasitor C dan induktor L
dalam bagian imazinernya seperti diilustrasikan pada Gambar 2.7 dari Agilent technologies, 2000.
Gambar 2.7 Ilustrasi grafik fasor dari impedansi kompleks Keterkaitan impedansi dengan kapasitasni maupun resistansi diperlihatkan
pada persamaan 8a, b, dan c. Persamaan tersebut dipengaruhi nilai frekuensi dan sudut fasa
.
f jX
R Z
2.8a
i
e Z
Z
2.8b
tan
1
R f
X
2.8c
Reaktansi terdiri dari dua bentuk, yaitu induktif X
L
dan kapasitif X
C
. Gambar 2.8 mewakili dua kemungkinan bentuk reaktansi dan representasi
korespondennya pada impedansi untuk frekuensi yang diberikan.
21
Gambar 2.8 Kemungkinan bentuk reaktansi dan representasi korespondennya pada impedansi listrik Santos 2009
Jika ditinjau pembangkit sinyal listrik sebagai fungsi waktu t
cos V
V
max
untuk rangkaian LCR seri maka kaidah kirchoff memberikan
IR C
Q dt
dI L
t cos
V
max
2.9 Dengan menggunakan
dt dQ
I
dan
t I
I cos
max
sehingga dengan mengatur kembali susunannya :
t cos
V C
Q dt
dQ R
dt Q
d L
max 2
2
Sudut fase diberikan oleh
R X
X
C l
tan
Arus maksimum dituliskan
Z V
X X
R V
I
max 2
C L
2 max
max
2.10 Dengan begitu impedansi Z didefinisikan secara matematis sebagai
2 2
C L
X X
R Z
2.11 Besaran X
L
-X
C
disebut reaktansi total dan besaran Z disebut impedansi listrik Giancoli 2001.
Beberapa metode pengukuran impedansi telah ada dan diperlihatkan oleh Agilent technologies, 2000. metode tersebut mulai dari metode tradisional
termasuk: jembatan wheatstone, resonansi, I-V, RF I-V, network analysis dan auto balancing bridge.
Gambar 2.9 Metode pengukuran impedansi listrik dengan jembatan Wheatstone Santos 2009
Pada Jembatan Wheatsone Gambar 2.9 dipakai analisa kondisi ketika tidak ada arus yang melalui detektor, nilai impedansi Z
X
diketahui dapat diperoleh dengan hubungan elemen jembatan lainnya dengan:
3 2
1
Z Z
Z Zx
2.12
22
Berbagai jenis rangkaian jembatan seperti penggunaan kombinasi L, C, dan komponen R sebagai elemen jembatan telah banyak digunakan dalam
aplikasinya. Metode ini membutuhkan biaya rendah dengan cakupan frekuensi yang luas DC ke 300 MHz walaupun dengan menggunakan berbagai jenis
jembatan.
Pada pengukuran impedansi listrik dengan sistem resonansi digunakan skema pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Metode pengukuran impedansi listrik dengan sistem resonansi Agilent technology
Ketika rangkaian disesuaikan pada kondisi resonansi yaitu dengan mengatur nilai kapasitornya, maka nilai impedansi Lx and Rx diperoleh dengan pengujian
dan pengaturan frekuensinya, Kapasitansi dan nilai Q. Q merepresentasikan faktor kualitas dari induktansi. Q diukur langsung dengan voltmeter yang ditempatkan
pada kapasitor. Karena koefisien loss rangkaian pengukuran sangat rendah, maka nilai Q setinggi 1000 dapat diukur. Ini menyajikan akurasi Q yang baik sampai
dengan Q yang tinggi, tetapi kebutuhan untuk tuning untuk resonansi dan pada impedansi rendah akurasi metode pengukuran ini memiliki kelemahan. Metode ini
memiliki rentang frekuensi yang berlaku dari 10 kHz sampai 70 MHz.
Metode pengukuran impedansi listrik dengan sistem I-V dipelihatkan pada Gambar 2.11. nilai impedansi dari bahan yang tidak diketahui dapat dihitung
dengan rumus :
R V
V I
V Zx
2 1
1
2.13 Nilai arus I dihitung menggunakan pengukuran tegangan V
2
melintasi resistor yang rendah dengan keakuratan yang tinggi. Dalam prakteknya sering
digunakan transformator low-los yang digunakan sebagai pengganti R untuk mencegah dampak yang disebabkan dengan penempatan resistor yang rendah
pada rangkaian . Rentang frekuensi yang berlaku antar 10 kHz sampai 100 MHz.. Metode ini memiliki keuntungan dapat melakukan pengukuran perangkat
grounded dan cocok untuk kebutuhan tipe probe uji.
Gambar 2.11 Metode pengukuran impedansi listrik dengan sistem I-V Agilent technology
23
Metode pengukuran impedansi listrik dengan sistem RF I-V diperlihatkan pada Gambar 2.12 baik untuk impedansi rendah maupun tinggi. Metode RF I-V
didasarkan pada prinsip yang sama sebagai metode pengukuran I-V, tetapi dikonfigurasi dalam cara yang berbeda dengan menggunakan rangkaian
impedansi pengukuran yang cocok 50 Ω dan tes port presisi koaksial untuk
operasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Ada dua jenis konfigurasi pengukuran yang cocok untuk impedansi rendah Gambar. 2.12 a, dan impedansi tinggi
Gambar. 2.12.b. Impedansi Z
X
dihitung dari tegangan terukur V
1
dan V
2
. Persamaan 2.14a mengacu pada pengaturan pengukuran impedansi rendah dan
14b merujuk pada penyusunan pengukuran impedansi tinggi. Rentang frekuensi 1 MHz sampai 3 GHz yang dicapai pada metode ini dibatasi oleh transformator
ini
1 2
2 1
V V
R I
V Zx
2.14a
1 2
2 1
V V
R I
V Zx
2.14b
Gambar 2.12 Metode pengukuran impedansi listrik dengan sistem RF I-V a pada impedansi rendah dan b tinggi Agilent technology
Metode pengukuran impedansi listrik dengan network analysis diperlihatkan pada Gambar 2.13. Dalam metode ini koefisien refleksi diperoleh dengan
mengukur rasio antara sinyal datang dan sinyal pantul. Sebuah directional coupler atau jembatan yang digunakan untuk mendeteksi sinyal pantul dan network
analyzer digunakan untuk pasokan dan pengukuran sinyal. Selama metode ini digunakan untuk mengukur impedansi refleksi di Z
X
, maka metode ini dapat digunakan dalam rentang frekuensi yang lebih tinggi 300 kHz dan di atas.
Metode ini menyajikan akurasi yang baik ketika impedansi yang tidak diketahui dekat dengan impedansi karakteristik rangkaian, tetapi memiliki
kelemahan yaitu membutuhkan suatu prosedur kalibrasi ulang ketika terjadi perubahan frekuensi. Hal ini juga menyebabkan pengukuran impedansi yang
sempit.
Metode pengukuran impedansi listrik dengan jembatan auto balance diperlihatkan pada Gambar 2.14. Arus yang mengalir melalui impedansi Z
X
, juga mengalir melalui resistor R. Potensial pada titik L dipertahankan pada nol
sehingga disebut virtual ground, karena arus melalui saldo R seimbang dengan arus pada Z
X
. Hal ini dicapai dengan pengoperasian penguat converter I-V.
Impedansi Z
X
dihitung dengan menggunakan beda tegangan yang diukur pada titik H dan tegangan R.
24
Gambar 2.13 Metode pengukuran impedansi listrik dengan network analysis Agilent technology
Gambar 2.14 Metode pengukuran impedansi listrik dengan jembatan auto balance Agilent technology
Dalam prakteknya, konfigurasi jembatan auto balance otomatis keseimbangan berbeda untuk setiap jenis instrumen. Umumnya LCR meter, dalam
rentang frekuensi rendah biasanya di bawah 100 kHz menggunakan penguat operasional yang sederhana untuk converter I-V nya. Jenis instrumen ini memiliki
kelemahan akurasi pada frekuensi tinggi, karena adanya batasan penguat dalam hal kinerjanya.
Model Rangkaian Listrik Bahan
Model rangkaian listrik pada bahan biologi dari mulai sel sampai bahan pertanian lainnya sudah mulai dikaji oleh para peneliti. Namun prinsip dari model
tersebut adalah kesederhanaan dan kecocokan dengan data eksperimen. Ellappan dan Sundararajan 2005 telah mencoba memodelkan sel biologi dengan bentuk
rangkaian listrik yang terdiri dari resistor dan kapasitor. Masing-masing komponen tersebut mewakili dari bagian-bagian dari sel. Pemodelan berlandaskan
kelistrikan ini umunya merupakan pendekatan arus listrik lemah yaitu sinyal listrik dengan nilai amplitudo yang kecil. Hal ini dilakukan agar pemberian listrik
tidak merusak bahan yang diuji.
Pemodelan listrik bisa dipakai dalam bidang pertanian, diantaranya pada model impedansi listrik dari pohon jeruk. Model ini dapat menjelaskan dan
menggambarkan fenomena persediaan air yang terkait dengan mekanisme transportasi pada jaringan xilem Muramatsu dan Hiraoka 2007. Wu et al. 2008
melaporkan bahwa spektroskopi impedansi dengan model terdistribusi yang didasarkan pada persamaan model impedansi Cole-Cole Gambar 2.15
memberikan kecocokan dengan data impedansi hasil pengukuran pada terung segar.
25
Pemodelan rangkaian listrik juga telah dilakukan oleh Wu et al. 2008 pada terung dan kentang. Model yang dipakai untuk menjelaskan fenomena
kelistrikanya adalah model Hayden Hayden et al. 1969 seperti Gambar 2.16. Pemodelan rangkaian listrik lain telah dilakukan oleh Bauchot et al. 2000 pada
buah kiwi. Dasar pemodelannya adalah rangkaian resistor dan kapasitor yang didasarkan pada model yang telah diungkapkan oleh Zhang et al. 1990 seperti
pada Gambar 2.17. Model yang dibangun merupakan pengembangan dari model Hayden.Model yang dibangun cukup sederhan, representatif. Menurut Ozier-
Lafontaine dan Bajazet pemodelan listrik yang dibangun untuk menjelaskan suatu fenomena produk harus didasarkan pada kesederhanaan, representasi terbaik,
realistis dan konfigurasi apakah elemen sirkuit yang terhubung secara seri atau paralel Ozier-Lafontaine dan Bajazet 2005
Gambar 2.15 Model rangkaian listrik untuk mewakili bahan biologi yang diusulkan Cole Liu 2006
Gambar 2.16 Model rangkaian listrik untuk mewakili bahan yang diusulkan oleh Hayden et al.1969
Gambar 2.17 Model rangkaian listrik untuk mewakili bahan yang diusulkan oleh Zhang et al. 1990
BAB 3 KARAKTERISTIK BUAH JERUK KEPROK GARUT MELALUI
Kategori