Penentuan Mutu Mangga Arumanis (Mangifera Indica L.) Secara Nondestruktif Menggunakan Nir Spectroscopy.

PENENTUAN MUTU MANGGA ARUMANIS (

Mangifera indica

L.)

SECARA NONDESTRUKTIF MENGGUNAKAN

NIR SPECTROSCOPY

SRI AGUSTINA

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2015

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang berjudul Penentuan Mutu Mangga Arumanis (Mangifera indica L.) Secara Nondestruktif Menggunakan NIR Spectroscopy adalah benar karya saya dengan arahan dan bimbingan Dr Ir Y. Aris Purwanto, MSc sebagai ketua pembimbing, Dr Ir I. Wayan Budiastra, MAgr sebagai anggota komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

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

Bogor, September 2015

Sri Agustina

RINGKASAN

SRI AGUSTINA. Penentuan Mutu Mangga Arumanis (Mangifera indica L.) secara Nondestruktif Menggunakan NIR Spectroscopy. Dibimbing oleh Y ARIS PURWANTO dan I WAYAN BUDIASTRA.

Kualitas dan rasa mangga Arumanis ditentukan dari tingkat ketuaan atau kematangan buah saat pemanenan. Mangga Arumanis tergolong buah klimakterik diindikasikan dengan peningkatan laju respirasi saat mengalami periode pematangan. Pada umumnya mangga Arumanis dipanen dalam kondisi tua. Pematangan mangga Arumanis biasanya ditentukan secara visual berdasarkan sifat fisik seperti warna dan bentuk. Metode ini tidak akurat karena perubahan warna selama proses pematangan tidak terlalu signifikan. Selama fase pematangan, tingkat kandungan pati akan menurun dan kandungan gula meningkat. Ini menentukan bahwa kandungan pati pada saat panen menentukan mutu dan rasa mangga Arumanis. Penentuan kandungan pati secara akurat pada saat panen sangat penting. Selama ini penentuan kandungan pati dilakukan secara destruktif dengan uji laboratorium, yang tidak sesuai dengan penanganan segar mangga Arumanis. Karena itu diperlukan metode nondestruktif untuk penentuan kandungan pati dan kandungan kimia lain mangga Arumanis.

Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan mutu mangga Arumanis secara nondestruktif menggunakan NIR spectroscopy. Penelitian ini terdiri atas tiga tahapan, pertama akuisisi data reflektan NIR pada panjang gelombang 1000-2500 nm. Digunakan 80 sampel manga Arumanis. Sampel dipanen oleh petani diperkebunan Indramayu, Jawa Barat. Buah di pisahkan menjadi empat kategori umur panen, 105 hari, 98 hari, 91 hari, dan 84 hari, masing-masing kategori terdiri atas 20 sampel. Kedua adalah pengambilan data kimia secara destruktif yaitu kandungan pati, kadar air, TPT (Total Padatan Terlarut), pH dan kekerasan. Ketiga adalah pengembangan model kalibrasi NIR dengan data kimia menggunakan metode PLS. Tiga pengolahan data NIR yaitu sa3 (Smoothing Average 3 Points), no1 (Normalization between 0 to 1), dg1 (First Derivative Savitzky-Golay), dan kombinasi sa3 dan dg1 digunakan untuk meningkatkan akurasi.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa model PLS menggunakan dg1 dapat memprediksi kandungan pati dengan baik dengan nilai SEP (Standard Error of Validation) dan RPD (Ratio of Prediction to Deviation) berturut-turut adalah 1.38 % dan 3.48. Model PLS terbaik untuk TPT adalah dengan menggunakan kombinasi sa3 dan dg1 dengan nilai SEP dan RPD berturut-turut adalah 1.55 % dan 2.34. Model PLS dengan sa3 adalah model terbaik untuk memprediksi kadar air dari mangga Arumanis (SEP 0.853 % dan RPD 2.11) dan kekerasan (SEP 0.35 % dan RPD 2.88). Model terbaik untuk prediksi pH menggunakan no1 dengan SEP dan RPD sebesar 0.39 % dan 1.87. Kecuali pH, metode NIR spectroscopy

yang dikembangkan mampu memprediksi dengan baik dan akurat kandungan pati, total padatan terlarut, kadar air, dan kekerasan mangga Arumanis.

Kata Kunci: Mangga Arumanis, umur panen, NIR spectroscopy, parameter kimia, nondestruktif

SUMMARY

SRI AGUSTINA. Nondestructive Quality Determination of ‘Arumanis’ Mango using NIR Spectroscopy. Supervised by Y ARIS PURWANTO and I WAYAN BUDIASTRA.

Quality and flavor of Arumanis mango fruit are influenced by maturity and ripeness level after harvesting. Mango is a climacteric fruit, which is indicated by the increase of respiration rate during ripening period. Commonly, Arumanis mango is harvested at hard green mature. The maturity level of Arumanis mango is usually determined by visual judgment based on physical characteristics such as colour and shape. This method may not accurate due to no color change of this mango cultivar during ripening process. During ripening phase, starch content decrease and sugar content increase. It is consider that the starch content at harvest time has correlation with the quality and flavor of Arumanis mango. Determination of starch content at harvest time will be very important. However determination of starch content is usually carried out destructively in the laboratory which, is not suitable for fresh handling of Arumanis mango. Therefore, it is necessary to develop nondestructive method for predicting starch content and other chemical contents of Arumanis mango.

The objective of this study was to determine the quality of Arumanis mango nondestructively using near infrared (NIR) spectroscopy. The study consisted of three parts. First, NIR reflectance acquisition on 1000-2500 nm of wavelength. The 80 Arumanis mango fruits were used as sample. The samples of mango were harvested at farmer orchad at Indramayu, West Java. Samples of mango were classified into four picking periods, i.e. 105, 98, 91 and 84 days after anthesis (20 fruits for each groups). Second, analysis of physichemical properties by destructive method, i.e. starch, water content, total soluble solid, pH and firmness. Third, model development of calibration of NIR dan chemical data using Partial Least Square method. Three NIR data processing methods i.e. smoothing average 3 points; Normalization between 0 to 1; first derivative Savitzky-Golay; and combination of smoothing average 3 points and first derivative Savitzky-Golay. were applied to improve accuracy.

The results indicate that Partial Least Square followed by first derivative Savitzky-Golay NIR data processing method was the best model to predict starch content of mango with respective standard error of validation (SEP) and ratio of prediction to deviation (RPD) were 1.38% and 3.48. The Partial Least Square with combination of smoothing average 3 points and first derivative Savitzky-Golay was the best model for predicting total soluble solid of mango with respective SEP and RPD were 1.55% and 2.34. The Partial Least Square followed by smoothing average 3 points was the best model for predicting water content of Arumanis mango (0.853% of SEP and 2.11 of RPD) and firmness (0.35% of SEP and 2.88 of RPD). The best model for predicting of pH were the normalization between 0 to 1 with 0.39% of SEP and 1.87 of RPD. Except pH, the developed models were well to predict starch content, total soluble solid, water content and firmness of Arumanis mango.

Keywords: Arumanis mango, harvesting period, NIR spectroscopy, nondestructive, physico-chemical properties

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains

pada

Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

PENENTUAN MUTU MANGGA ARUMANIS (

Mangifera indica

L.)

SECARA NONDESTRUKTIF MENGGUNAKAN

NIR SPECTROSCOPY

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2015

PRAKATA

Alhamdulillah, dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, tak lupa saya panjatkan shalawat dan salam kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW beserta keluarga, para sahabat dan pengikut-pengikutnya sehingga dengan segala usaha

dan do’a penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul “Penentuan Mangga Arumanis (Mangifera indica L.) secara Nondestruktif menggunakan

NIR Spectroscopy”. Tema yang dipilih dalam penelitian evaluasi mutu komoditi pertanian secara nondestruktif, yang dilaksanakan sejak bulan November 2013 hingga April 2014. Adalah sebagai salah satu syarat akademik untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) program studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan.

Penulis menyadari sepenuhnya, penyelesaian tugas akhir ini tidak akan terwujud tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ayahanda M. Ridwan dan Ibunda Nur’aini, serta kakakku mailisna yang

telah memberikan do’a dan kasih sayang serta dukungan baik moril

maupun material.

2. Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc selaku Pembimbing Utama dan ketua program studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan dan arahannya kepada penulis dari awal hingga akhir penulisan tesis ini.

3. Dr Ir I Wayan Budiastra, MAgr selaku Pembimbing anggota, yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing, mengoreksi dan mengarahkan penulis dari awal hingga akhir penulisan tesis ini.

4. Dr Slamet Widodo, STP MSc selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan perbaikan kepada penulis.

5. Bapak Sulyaden dan Baskara E. Nugraha STP, selaku teknisi Laboratorium TPPHP dan bu Rus serta pak Mulyadi, terima kasih atas bantuan yang diberikan selama ini.

6. Semua teman-teman seperjuangan TMP 2012, Kebersamaan yang telah tercipta sangat berarti bagi penulis penuh kenangan yang tidak terlupakan. Terima kasih untuk kalian semua.

7. Untuk semua teman-teman TPP’12, Wisma Kartika, uci, noneng, dan double sari (aceh & padang) yang telah memberikan saran, kritikan, bantuan, dan semangat kepada penulis.

Akhir kata, penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi seluruh pihak yang membutuhkan ilmu serta penerapan pembelajaran, khususnya bagi Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, September 2015

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL ii

DAFTAR GAMBAR iii

DAFTAR LAMPIRAN iv

1 PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

2 TINJAUAN PUSTAKA 3

Mangga Arumanis 3

Pemanenan Mangga Arumanis 4

Fisiologi Kematangan Mangga Arumanis 5

Near Infrared Spectroscopy (NIRS) 5

Partial Least Square (PLS) 9

Aplikasi Near Infrared untuk Penentuan Mutu Buah-buahan Secara

Non-Destruktif 10

3 METODE 13

Tempat dan Waktu Penelitian 13

Bahan dan Alat 13

Tahapan Penelitian 13

Prosedur Pengambilan Data NIR dan Kimia 14

Kemometrik 19

- Pengolahan Data Spektra NIR, Kalibrasi dan Validasi 19

- Evaluasi Hasil Kalibrasi dan Validasi 20

4 HASIL DAN PEMBAHASAN 23

Karateristik Fisikokimia Mangga Arumanis 23

Perubahan Kandungan Kimia Mangga Arumanis pada Beberapa Umur

Panen selama Penyimpanan Suhu Ruang 23

- Kandungan Pati 23

- Total Padatan Terlarut 24

- Kekerasan 25

- Kadar Air 26

- pH 27

Hubungan antara Kandungan Pati dan Total Padatan Terlarut 28 Karakteristik Reflektan Spektra NIR Mangga Arumanis pada Berbagai

Umur Panen selama Penyimpanan Suhu Ruang 29

Model Kalibrasi dan Validasi Kandungan Kimia dengan NIR menggunakan

- Pengaruh Pengaolahan Data NIR Terhadap Kalibrasi dan Validasi 32

- Kandungan Pati 33

- Total Padatan Terlarut 35

- Kadar Air 36

- Kekerasan 37

- pH 38

5 KESIMPULAN DAN SARAN 41

Kesimpulan 41

Saran 41

DAFTAR PUSTAKA 43

LAMPIRAN 47

DAFTAR TABEL

1 Mutu Mangga Arumanis Berdasarkan SNI 3

2 Data Statistik 79 Sampel Mangga Arumanis Hasil Analisis

Laboratorium 23

3 Deskripsi Statistik Kandungan Kimia berdasarkan Pengolahan

menggunakan PLS 32

DAFTAR GAMBAR

1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik 6

2 Set Alat Spektrometer NIRFlex N-500 (Fiber Obtik Solids) 6

3 Jenis Pita Penyerapan NIR dan Lokasinya 7

4 Diagram Representasi dari Specular 7

5 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian 14

6 Pengambilan Mangga di Kebun 15

7 Pembersihan dan Pemberian Nomor Sampel 15

8 Pengambilan Spektra NIR Buah Mangga Arumanis menggunakan

NIRFlex N-500 16

9 Prinsip Fungsional dari NIRFlex N-500 16

10 Pengukuran Kekerasan Buah Mangga Arumanis dengan Rheometer 17 11 Pengukuran Total Padatan Terlarut Mangga Arumanis 17

12 Pengukuran Kadar Air 18

13 Pengukuran pH Mangga Arumanis 19

14 Proses Kalibrasi dan Validasi 20

15 Perubahan Kandungan Pati Mangga Arumanis selama Penyimpanan 24 16 Perubahan Total Padatan Terlarut Mangga Arumanis selama

Penyimpanan 25

17 Perubahan Kekerasan Mangga Arumanis selama Penyimpanan 25 18 Perubahan Kadar air Mangga Arumanis selama Penyimpanan 26 19 Perubahan pH Mangga Arumanis selama Penyimpanan 27 20 Hubungan Kandungan Pati dengan Total Padatan Terlarut 28 21 Spektrum Refrektan NIR Mangga Arumanis pada Hari 0 29 22 Spektrum Reflektan NIR Mangga Arumanis pada berbagai Umur Panen

selama Penyimpanan 31

23 Hasil Kalibrasi dan Validasi untuk Kandungan Pati 34 24 Hasil Kalibrasi dan Validasi untuk Total Padatan Terlarut 35

25 Hasil Kalibrasi dan Validasi untuk Kadar Air 37

26 Hasil Kalibrasi dan Validasi untuk Kekerasan 38

DAFTAR LAMPIRAN

1 Hasil Pengukuran Kandungan Kimia Mangga Arumanis secara

Destruktif pada umur 105 hari. 48

2 Hasil Pengukuran Kandungan Kimia Mangga Arumanis secara

Destruktif pada umur 98 hari. 49

3 Hasil Pengukuran Kandungan Kimia Mangga Arumanis secara

Destruktif pada umur 91 hari. 50

4 Hasil Pengukuran Kandungan Kimia Mangga Arumanis secara

Destruktif pada umur 84 hari. 51

5 Spesifikasi NIRFlex N-500 Fiber Optic Solids 52

6 Spektra Panjang Gelombang dengan Beberapa Komponen Kimia 53 7 Hasil Uji Laboratorium Kandungan Kimia Mangga Arumanis 55

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Potensi dan peluang pasar komoditas hortikultura khususnya buah-buahan semakin meningkat, seiring dengan meningkatnya permintaan masyarakat terhadap buah-buahan yang bermutu tinggi. Mangga merupakan salah satu komoditas hortikultura yang cukup berpotensial di Indonesia. Dengan jumlah produksi yang cukup tinggi, mangga dapat diandalkan salah satu buah tropika Indonesia yang dapat bersaing di pasar internasional. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (2014), produksi mangga di Indonesia tahun 2014 mencapai 2 464 234 ton atau meningkat sebesar 12.37 % dari tahun 2012 yaitu sebesar 2 376 333 ton dengan luas panen 265 837 ha. Namun permasalahan yang dihadapi adalah mutu dan harga menentukan daya tarik buah, teknik penanganan pascapanen dan sistem transportasi distribusi. Mutu buah sampai ke pasar dipengaruhi mutu buah saat panen (teknik panen).

Untuk meningkatkan ekspor dan daya saing, diperlukan teknologi untuk menjamin mutu mangga Arumanis. Mutu dan rasa buah mangga Arumanis yang baik tergantung dari tingkat ketuaan atau kemasakan buah pada saat dipanen. Buah mangga Arumanis tergolong dalam buah klimakterik, karena buah ini dapat memasuki stadium masak dalam beberapa hari secara alamiah bila cukup tua saat dipanen. Tingkat ketuaan atau kemasakan buah mangga Arumanis dapat ditentukan berdasarkan umur buah berdasarkan hari setelah bunga mekar, bentuk buah, tangkai buah, lapisan lilin dan lenti sel pada kulit buah.

Untuk mengetahui kandungan pati saat panen biasanya dilakukan dengan cara destruktif, yaitu dengan analisa laboratorium. Metode lain dapat dilakukan sampling terlebih dahulu dengan keragaman mutu buah yang besar, hal ini tidak sesuai dengan penanganan pascapanen buah mangga Arumanis segar di pasar buah.

Penentuan tingkat kematangan buah secara visual sangat sulit ditentukan, karena untuk mangga Arumanis tidak terlalu nampak perubahan warna. Menurut Saranwong et al. (2004) dalam penelitian yang menghubungkan kualitas panen dengan kualitas saat dikonsumsi, menyebutkan bahwa kandungan pati saat dipanen sangat berpengaruh terhadap tingkat kemanisan (total padatan terlarut, kandungan gula) pada buah saat dikonsumsi. Dengan demikian, parameter kandungan pati saat dipanen sangat penting diketahui untuk memperoleh kualitas buah saat dikonsumsi. Selama ini kandungan kimia termasuk kandungan pati ditentukan dengan metode destruktif, yang sudah sesuai dengan penanganan buah segar. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan metode penentuan kualitas mangga Arumanis dengan metoda nondestruktif. Salah satu metode yang potensial adalah dengan NIR spektroskopi.

Teknologi near infrared (NIR) spectroscopy merupakan salah satu teknologi yang dapat menggantikan metode konvensional dan telah sukses diaplikasikan pada produk pertanian, farmasi, petrokimia dan lingkungan. Beberapa keuntungan teknologi NIR adalah dapat menganalisis sampel dengan cepat (dalam beberapa detik), akurat, dan tidak membutuhkan bahan kimia

2

sehingga tidak ada limbah kimia yang dihasilkan (Yan et al. 2009; Pissard et al. 2012).

Pada teknologi NIR spektroskopi, analisis kemometrik memainkan peranan yang penting dalam menganalisis spektra yang tumpang tindih, dimana

Partial Least Square (PLS) merupakan teknik kemometrik yang dapat menganalisis informasi yang tersembunyi dalam data spektra. Metode PLS membentuk model dari peubah-peubah yang ada untuk membentuk serangkaian respon dengan menggunakan regresi kuadrat terkecil dalam bentuk matriks.

Perumusan Masalah

Karakteristik kematangan buah mangga Arumanis kurang nampak dari warna kulit, sehingga warna tidak dapat digunakan untuk penentuan kematangan mangga Arumanis secara kuantitatif. Penentuan kandungan kimia mangga Arumanis dilakukan secara destruktif, yang sudah sesuai dengan penanganan buah segar mangga Arumanis. Disamping itu tingkat produksi buah mangga Arumanis cukup besar, sehingga memerlukan metode penentuan tingkat kematangan dan mutu internal buah mangga Arumanis secara cepat. NIR Spectroscopy mempunyai peluang untuk penyelesaian permasalahan tersebut.

Tujuan Penelitian

Tujuan umum adalah mengkaji metode NIR spectroscopy untuk penentuan mutu buah mangga Arumanis, dengan tujuan khusus:

1. Menganalisis karakteristik gelombang NIR pada berbagai umur panen dan tingkat kematangan mangga Arumanis selama penyimpanan di suhu ruang. 2. Memprediksi kandungan pati, total padatan terlarut, kadar air, kekerasan,

dan pH mangga Arumanis

Manfaat Penelitian

Berdasarkan tujuan di atas, maka dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat dan informasi sebagai berikut:

1. Memberikan data dasar perubahan karakteristik Near Infrared (NIR) berdasarkan kandungan pati

2. Adanya metode yang cepat dan akurat untuk digunakan dalam penentuan mutu mangga Arumanis selama nondestruktif.

3

2

TINJAUAN PUSTAKA

Mangga Arumanis

Menurut Sunarjono (2005), Mangga merupakan tanaman pendatang yang berasal dari India, kemudian menyebar ke seluruh dunia termasuk Indonesia. Tinggi pohon mangga dapat mencapai 10-40 m, tajuknya berbentuk kubah, bulat panjang (oval) atau memanjang, serta umurnya dapat mencapai 100 tahun atau lebih. Faktor suhu, kelembaban, air dan ketinggian tempat sangat mempengaruhi produktivitasnya. Broto (2003) menyatakan bahwa tanaman mangga dapat hidup baik di dataran rendah sampai ketinggian 300 dpl. Kemiringan tanah tidak boleh lebih dari 15º. Tipe iklimnya kering, curah hujan 1000-2000 mm/tahun dan tingkat penyinaran 50-80%. Kondisi bulan kering yang diperlukan mangga adalah 4-7 bulan/tahun. Tanah yang cocok untuk budidaya mangga adalah tanah lempung berpasir dan tanaman ini tahan terhadap kekeringan. Derajat keasaman tanah (pH tanah) ideal untuk tanaman mangga adalah 5,5-6,0 dan suhu udara optimum 25-27 o_{C. Suhu udara yang rendah dapat merangsang pembungaan namun tidak baik} untuk perkembangan buahnya (Sunarjono 2005). Menurut Surachmat (1985), mangga Arumanis temasuk:

Species (jenis) : Mangifera indica L. Genus : Mangifera.

Famili : Anacardiaceae. Ordo : Sapindales.

Kelas : Dicotyledonaceae (berkeping dua). Sub devisi : Angiospermae (berbiji tertutup). Devisi : Spermatophyta (tumbuhan berbiji).

Bagian dalam tanaman mangga yang paling banyak dimanfaatkan adalah buahnya. Rukmana (2008) menyatakan bahwa dalam 100 gram buah mangga segar terdapat 44.00 kalori, 0.70 g protein, 0.02 g lemak, 11.20 mg karbohidrat, 13.00 mg kalsium, 10.00 mg fosfor, 0.20 mg zat besi, 16.400 SI vitamin A, 0.08 mg vitamin C, 87.40 g air, dan 65 % bagian yang dapat dimakan. Ketebalan kulit luar mangga berkisar antara 0.3 - 1.2 mm, dan di bawah kulit buah terdapat daging buah yang tebalnya berkisar 1.5 - 4 cm, ketebalan buah ini diukur dari lapisan tempurung biji luar. Biji yang berlapisan tempurung dan bersabut terdapat di bawah lapisan buah, bentuk biji sesuai dengan bentuk luar dari mangga tersebut. Tabel 1 Mutu mangga Arumanis berdasarkan SNI

Karakteristik Syarat

Mutu I Mutu II

Kesamaan sifat varietas seragam seragam Tingkat ketuaan tua, tetapi tidak

terlalu matang

tua, tetapi tidak terlalu matang

Kekerasan keras cukup keras

Ukuran seragam kurang seragam

Kerusakan, % (jml/jml) maks 5 10

Kotoran bebas bebas

Busuk, % (jml/jml) maksimum 1 2

4

Berdasarkan SNI 01-3164-2012 (Tabel 1), untuk semua kelas buah, ketentuan minimum mutu yang harus dipenuhi adalah utuh, padat (firm), penampilan segar, layak dikonsumsi, bersih, bebas dari benda-benda asing yang tampak, bebas memar, bebas hama dan penyakit, bebas kerusakan akibat temperatur rendah atau tinggi, bebas dari kelembaban eksternal yang abnormal (kecuali pengembunan sesaat setelah pemindahan dari tempat penyimpanan dingin), bebas dari aroma dan rasa asing, serta memiliki kematangan yang cukup.

Pemanenan Mangga Arumanis

Pohon mangga berbuah sekitar bulan Juli–Agustus, dan panen bulan September-November. Pada musim ini sangat baik pengaruhnya terhadap proses pembentukan, pembesaran dan pemasakan buah di pohon. Tetapi ada juga pohon mangga yang berbuah terlambat, yaitu pada permulaan musim penghujan. Buah yang telah tua berkulit hijau tua tertutup lapisan lilin sehingga warnanya seperti hijau kelabu. Buah yang sudah masak pangkalnya hijau kekuningan. Ketebalan kulit sedang. Pada permukaan kulit terdapat bintik-bintik kelenjar berwarna putih kehijauan.

Pemanenan merupakan kegiatan awal dalam proses pascapanen untuk mengumpulkan buah secepat mungkin dari lahan pertanaman pada tingkat ketuaan yang tepat (Broto 1993). Untuk menghasilkan mangga dengan mutu yang baik, pemanenan buah mangga harus dilakukan pada saat yang tepat dan dengan cara yang baik dan tepat. Tingkat ketuaan buah dapat didasarkan kepada umur buah, bentuk buah, tangkai buah, lapisan lilin dan lentisel pada permukaan kulit buah.

Buah mangga yang sudah dipanen, sebelum dipasarkan biasanya disortir berdasarkan kualitas buah, yaitu yang besarnya seragam, sama berat, warna baik dan menarik, sehat, serta aroma yang harum. Pemetikan buah mangga yang masih muda dihindari karena setelah proses pemeraman, kulit akan kelihatan keriput, tidak mengkilat, kurang padat, sedikit kasar, dan apabila dimakan akan terasa hambar, masam atau kurang manis.

Mangga Arumanis mulai berbuah pada umur 4 tahun, mangga Arumanis okulasi pada umur 5 - 6 tahun. Banyaknya buah panen pertama hanya 10 - 15 buah, pada tahun ke-10 jumlah buah dapat mencapai 300 - 500 buah/pohon. Setiap pohon mangga Arumanis dewasa (berumur >10 tahun) dapat menghasilkan buah antara 25 - 50 kg per pohon/tahun. Buah akan matang sekitar 110 – 150 hari setelah bunga mekar. Buah yang mempunyai pangkal buah yang membesar dan berwarna kekuningan adalah buah yang sudah tua dan siap dipanen.

Permasalahan yang sering dihadapi dalam pengusahaan buah mangga adalah sulitnya menentukan tingkat ketuaan buah mangga yang tepat untuk dipanen (Purwati et al. 1991). Padahal pemanenan yang dilakukan akan mempengaruhi mutu buah yang dihasilkan, sehingga tingkat masak sewaktu panen merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi mutu buah mangga. Pada saat pemetikan, buah jangan sampai terpotong, tercongkel atau jatuh hingga memar. Buah dipanen di sore hari dengan menggunakan pisau tajam atau dengan galah yang diujungnya terdapat pisau dan keranjang penampung buah. Bila pemanenan buah menggunakan gunting, setidaknya 2 cm dari tangkai harus dipertahankan. Dengan demikian getah yang sangat lekat dan mudah mengalir

5 pada buah mangga yang baru dipanen, tidak akan mengotori buah. Buah mangga, khususnya varietas berwarna hijau di Indonesia, banyak sekali mengalirkan lateks atau getah dari tangkai yang baru dipotong.

Fisiologi Kematangan Mangga Arumanis

Tahap-tahap proses pertumbuhan buah dimulai dari pembelahan sel, pembesaran sel, pendewasaan sel (maturation), pemasakan (ripening), pelayuan (senescene) dan pembusukkan (deterioration). Mangga Arumanis termasuk buah klimaterik, dimana pola pernafasan buah klimaterik menunjukkan peningkatan CO2 selama pematangan. Menurut Winarno (2002), klimaterik adalah suatu periode mendadak yang unik bagi buah-buahan tertentu, dimana secara biologis diawali dengan proses pembuatan etilen. Proses ini ditandai dengan adanya perubahan dari proses pertumbuhan menjadi “senescene”, adanya peningkatan

pernafasan dan mulainya proses pematangan.

Setelah dipanen, buah masih melangsungkan proses-proses metabolismenya. Secara umum, buah yang dipanen saat matang hijau (mature green), akan mengalami pemasakan (ripening) dan penuaan (senescence). Proses-proses tersebut menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan fisik dan kimia berupa perubahan kekerasan dan aroma, perubahan kandungan gula, asam organik, karbohidrat, vitamin dan protein.

Menurut Novita (2000), tahapan pertumbuhan merupakan tahapan perkembangan sel dan proses pembesaran sel pada buah, sedangkan matang fisiologis adalah suatu tahap saat buah menuju proses pematangan dan buah sudah dapat dikonsumsi, meskipun kualitasnya belum sesuai dengan keinginan konsumen. Pematangan merupakan tahap perkembangan buah yang mengalami banyak perubahan, meliputi rasa, tekstur, dan aroma. Sedangkan senesen adalah tahapan perkembangan buah yang terakhir yaitu buah menuju pembusukan akibat sel-sel mengalami penuaan dan akhirnya sel-sel tersebut tidak dapat berfungsi lagi dengan baik.

Setelah pemasakan, kandungan gula akan meningkat akibat adanya konversi pati menjadi gula dengan bantuan enzim amilase dan fosforilase. Sementara itu, kandungan asam-asam organik dalam buah menurun sejalan dengan pemasakan akibat pemakaian asam-asam tersebut pada siklus Kreb’s respirasi (Wills et al. 1989).

Near Infrared Spectroscopy (NIRS)

Spektroskopi inframerah dekat merupakan teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (800-2500 nm). Fungsinya untuk mengidentifikasi senyawa kimia dalam analisis kuantitatif dan kualitatif. Dikatakan inframerah dekat karena wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak. Dilihat dari segi aplikasi dan instrumentasi, spektrum inframerah dibagi ke dalam tiga jenis radiasi, yaitu inframerah dekat, inframerah pertengahan, dan inframerah jauh (Nur 1989).

6

Gelombang elektromagnetik meliputi frekuensi maupun panjang gelombang yang sangat lebar. Wilayah frekuensi dan panjang gelombang ini sering disebut sebagai spektrum elektromagnetik. Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa spektrum elektromagnetik semakin ke kanan, maka akan semakin besar panjang gelombangnya. Sedangkan untuk frekuensi, semakin ke kiri maka akan semakin besar frekuensinya. Dalam spektroskopi inframerah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Panjang gelombang biasanya diukur dalam mikron atau mikro meter (µm), sedangkan bilangan gelombang menunjukkan jumlah gelombang per cm.

Gambar 1 Spektrum gelombang elektromagnetik (Trisnobudi 2006)

Menurut Creswell et al. (2005), spectroscopy adalah ilmu yang mempelajari interaksi cahaya dengan atom dan molekul. Sedangkan spektrometer merupakan instrument yang digunakan untuk mengaktifkan energi gelombang elektromagnetik tertentu. Spektrometer memiliki detektor yang sesuai dengan daerah gelombang elektromagnetik yang berfungsi untuk menangkap kembali tingkat absorbsi energi oleh sampel.

Gambar 2 Set alat Spektrometer NIRFlex N-500 (fiber optic solids)

Menurut Carl (2009), NIR merupakan bagian dari kelompok inframerah yang memiliki panjang gelombang 800 nm sampai 2500 nm (0.8 – 2.5 m). Aplikasinya digunakan untuk telekomunikasi serat optik, untuk spektroskopi astronomi, dan pemantulan jarak jauh, sedangkan Near Infrared Spectroscopy

(NIRS) merupakan metode spektroskopis yang menggunakan daerah NIR dari spektrum elektromagnetik. Adapun Gambar 2 menunjukkan set alat Spektrometer NIRFlex N-500 (fiber optic solids) yang akan digunakan.

Spektrum NIR pada bahan makanan terdiri atas luasan gelombang yang timbul dari tumpang tindih penyerapan yang sesuai dengan kombinasi getaran

7 yang melibatkan C-H, O-H dan O-H yang merupakan struktur kimia. Konsentrasi unsur seperti air, protein, lemak, dan karbohidrat secara prinsip dapat ditentukan dengan menggunakan penyerapan spektroskopi. Jenis pita penyerapan NIR dan lokasinya dapat dilihat pada Gambar 3 (Osborne, 1993).

Gambar 3 Jenis pita penyerapan NIR dan lokasinya (Osborne 1993).

Near infrared yang mengenai bahan memiliki energi yang kecil dan hanya menembus sekitar 3 mm permukaan bahan, tergantung dari komposisi bahan tersebut. Jika cahaya mengalami penyebaran, spektrum tersebut tetap mengandung informasi contoh penyerapan permukaan bahan tetapi terjadi distorsi pada puncak gelombang. Variasi pada ukuran dan suhu partikel sampel mempengaruhi penyebaran radiasi near infrared pada saat melewati sampel. Partikel berukuran besar tidak dapat menyebarkan radiasi near infrared sebanyak partikel kecil. Makin banyak radiasi yang diserap maka akan dapat memberikan nilai absorban yang tinggi dan memberikan efek yang besar pada panjang gelombang yang diserap / menjadi lebih kuat. Ketika radiasi near infrared

mengenai sampel padat maka sebagian radiasi akan dipantulkan (specular reflectance) dari permukaan sampel (Gambar 4).

Gambar 4 Diagram representasi dari specular (a) regular reflectance, (b) body reflectance, dan (c) absorban Near Infrared dari Sampel (Dryden 2003).

8

Jika radiasi memasuki sampel yang memiliki ketebalan sekitar dua milimeter maka akan dapat diserap. Radiasi yang tidak terserap dapat ditransmisikan melalui sampel atau dipantulkan (Dryden 2003)

Creswell et al. (2005) mengungkapkan bahwa radiasi elektromagnetik (f) dapat diekspresikan dalam beberapa hal seperti frekuensi (v, Hz), panjang gelombang ( , m atau nm), dan jumlah atau bilangan gelombang (ῡ, cm-1). Frekuensi dinyatakan dalam satuan perdetik yang menunjukkan jumlah gelombang secara lengkap yang terjadi dalam satu unit waktu. Panjang gelombang merupakan jarak antara titik ekuivalen pada gelombang secara berturut-turut dan jumlah gelombang adalah banyaknya gelombang dalam tiap satu cm (cm-1). c

merupakan kecepatan cahaya yaitu 2,998 x 1010 _cm/sec. c



 (1)



  1 (2)

Intensitas penyerapan dapat dinyatakan sebagai transmitan dengan persamaan sebagai berikut:

O I

I

T  (3)

Dimana nilai I adalah intensitas energi yang keluar dari sampel, dan Io

adalah energi yang mengenai sampel. Hukum Beer-Lambert menyatakan tentang penyerapan radiasi di dalam sampel. Hukum Beer-Lambert ini dapat dilihat dalam Persamaan 4 dan 5. Dimana nilai A merupakan absorban, k adalah konstanta proporsi, c adalah konsentrasi penyerapan molekul (mol), dan l adalah jarak antara sumber energi ke sampel (m) (Williams dan Norris 1990).

A kcl T Log I I

Log O _ 

            1 10

10 (4)

A kcl R

Log  

   

1

10 (5)

Menurut Osborne (1993), pada saat sinar radiasi mengenai partikel partikel sampel maka radiasi dapat dipantulkan, diserap atau diteruskan. Nilai yang terukur berupa nilai pancaran pantulan (diffuse reflectance) yang secara empirik berkaitan dengan konsentrasi penyerapan molekul (c). Dalam NIR spectroscopy, reflektan (R) dianalogikan dengan transmitan, sehingga:

       R Log

A 10 1 (6)

Mohsenin (1984) menyatakan ketika bahan organik dikenai radiasi infra merah dekat, sekitar 4% akan dipantulkan (specular reflectance) melalui permukaan luar, sedangkan 96% radiasi ini akan masuk ke sampel dan diserap

9 yang selanjutnya akan mengalami penyerapan (absorption), pemantulan (body reflection), penyebaran (scattering), dan penerusan cahaya (transmitten). Bahan pertanian pada umumnya tidak tembus cahaya, oleh karena itu analisis NIR cenderung menggunakan reflektan dan absorban daripada transmitan.

Partial Least Square (PLS)

Analisis data NIR dapat dimanfaatkan dengan mempelajari hubungannya dengan sifat bahan yang diukur. Beberapa metode kalibrasi yang dapat digunakan untuk memepelajari hubungan tersebut diantaranya yaitu Stepwise multiplelinear regression (SMLR), principal component regression (PCR), dan partial least squares (PLS).

Metode regresi kuadrat terkecil parsial atau sering disebut partial least squares (PLS) pertama kali dikembangkan oleh Herman Wold (1982). Model

partial least square didefinisikan dari dua persamaan linier yang disebut model struktural dan metode pengukuran.

Metode regresi kuadrat terkecil parsial atau partial least squares (PLS) merupakan metode yang digunakan untuk memperkirakan serangkaian variabel tidak bebas (respons) dari variabel bebas (prediktor) yang jumlahnya sangat banyak, struktur sistematik linear atau nonlinear, dengan atau tanpa data yang hilang, dan memiliki kolinearitas yang tinggi. Metode PLS hampir sama dengan metode PCR. Perbedaan kedua metode ini adalah pada proses penentuan komponen utama atau principal component (PC). Pada PCR penentuan PC hanya berdasarkan variasi maksimum data spektra sedangkan dalam PLS, PC ditentukan berdasarkan variasi maksimum data spektra dan data destruktif secara bersamaan.

Metode tersebut juga mempunyai keuntungan, yaitu dapat mengoptimalkan hubungan prediktif antara 2 kelompok peubah bebas dan tidak bebas dan pemodelannya tidak mengasumsikan sebaran dari peubah bebas saja tetapi peubah tidak bebas juga ikut diasumsikan (Wold 1982).

Langkah awal dari metode PLS adalah pemusatan data matriks X dengan vektor c, dimana dapat dilihat pada Persamaan 7 dan 8:

x X

U  1 (7)

c c1



 (8)

Penggunaan metode PLS sebagai metode olah data spektra NIR telah banyak digunakan pada saat ini. Slaughter dan Crisosto (1998) memprediksi kualitas internal kiwi menggunakan NIR spectroscopy. Panjang gelombang 700- 1100 nm untuk memprediksi total padatan terlarut, kandungan fruktosa, kandungan gula, dan berat kering dari buah kiwi dan menggunakan metode PLS untuk kalibrasi dan validasi. Hasil kalibrasi untuk prediksi TPT dengan nilai r = 0.99 dan SEC 0.72°Brix, kandungan fruktosa r = 0.9. SEC = 1.96%, kandungan glukosa r = 0.97, SEC = 1.68%, berat kering (dry weight) r = 0.97, SEC = 0.61%. Liu et al. (2010) menggunakan VIS-NIR dengan teknik PLS dalam memprediksi total padatan terlarut pada buah jeruk utuh. Dimana panjang gelombang reflektan yang digunakan sekitar 350 - 1800 nm. Hasil kalibrasi menggunakan PLS mendapatkan nilai r = 0.9, RMSEP = 0.71 °Brix.

10

Valente et al. (2009), menggunakan model regresi PLS untuk memprediksi kekerasan pada buah mangga dimana hasil kalibrasi terbaik dari kekerasan buah mangga menggunakan NIR adalah mendapatkan nilai R² = 0.82, RMSEP = 3.28, bias = -0.16.

Rindang (2011), menentukan gejala chilling injury pada buah belimbing dengan memanfaatkan NIR spectroscopy dan menggunakan PLS sebagai model kalibrasi. Adapun hasil kalibrasi dari metode PLS mendapatkan nilai r = 0.6116, R² = 0.3740, RMSEC = 0.1456, RMSEP = 0.1632, dan CV = 4.4282%.

Berbagai macam metode kalibrasi spektrum NIR telah tersedia tetapi dapat dibagi dalam dua kategori yaitu metode kalibrasi untuk panjang gelombang terpilih atau sering disebut dengan metode local, dan metode yang melibatkan seluruh spektrum atau sering disebut metode global atau juga sering disebut metode kalibrasi spektrum penuh, seperti principal component regression (PCR) dan partial least square (PLS).

Metode full spectrum banyak digunakan karena data dalam spektrum direduksi untuk mencegah masalah overfitting tanpa mengurangi atau menghilangkan satu atau beberapa informasi yang sangat berguna. Jumlah sampel yang digunakan untuk tahap kalibrasi dan validasi harus cukup banyak. Jumlah sampel untuk tahap kalibrasi harus lebih banyak daripada untuk tahap validasi. Validasi bertujuan menguji ketepatan pendugaan komposisi kimia persamaan regresi kalibrasi yang telah dibangun.

Selain itu, dikenal pula beberapa perlakuan data sebelum spektrum dianalisis seperti smoothing, normalisasi, derivatif pertama dan kedua, standard normal variate (SNV) dan de-trending (DT) (Osborne 1993).

Aplikasi Near Infrared untuk Penentuan Mutu Buah-buahan secara Nondestruktif

Penemuan spektra gelombang Near Infrared dianggap berasal dari Herschel pada abad kesembilan dan pada tahun 1950. Aplikasi pertama kali dilakukan di bidang industri. Pada tahun 1980-an penerapan NIRS lebih difokuskan pada analisis kimia. Pertengahan 1980 diperkenalkan cahaya serat optik dan awal 1990-an adanya perkembangan detektor monokromator dimana NIRS menjadi lebih kuat sebagai alat penelitian ilmiah. Metode optik dapat digunakan dalam sejumlah bidang ilmu termasuk fisika, fisiologi, obat-obatan, dan makanan. Aplikasi Near Infrared (NIR) di bidang pertanian dilakukan sejak tahun 1964 dan terus berkembang sampai saat ini. Pada awal 1970-an di Jepang digunakan metode NIRS untuk menentukan kandungan protein gandum (Pandey 2010).

Susilowati (2007) melaporkan bahwa NIR mampu menduga total padatan terlarut selama penyimpanan dan pemeraman melalui data absorbansi NIR. Panjang gelombang yang digunakan 900 - 1400 nm. Untuk kekerasan, tidak dapat menggunakan panjang gelombang tersebut. Hubungan antara data absorban NIR dengan total padatan terlarut dan kekerasan pada pengamatan tersebut dipelajari dengan kalibrasi menggunakan metode SMLR, PCR, dan PLS. Liu et al. (2008) juga menggunakan VIS-NIR untuk penentuan kualitas buah pir dimana kekerasan

11 dan total padatan terlarut yang dijadikan parameter dalam pengukuran. Panjang gelombang yang digunakan sekitar 350 - 800 nm.

Schmiloitch et al. (2000) mengevaluasi sifat-sifat fisiologi buah mangga dengan menggunkan NIR spectrometry dengan reflektansi sekitar 1200 - 2400 nm. Sifat fisiologis yang diukur termasuk pelunakan daging, total padatan terlarut, dan keasaman buah mangga. Saranwong et al. (2004) juga menggunakan NIR

spectroscopy untuk memprediksi kualitas mangga siap makan berdasarkan tingkat kematangan dari kualitas panen. Bahan kering (dry matter) dan pati dijadikan acuan dalam pengukuran. Valente et al. (2009) mencoba untuk memperkirakan

firmness buah mangga dengan menggabungkan metode VIS-NIR spektroskopi absorban dengan teknik akustik. Spektrum absorbansi atau reflektansi NIR yang digunakan sekitar 400 - 1050 nm.

Makino et al. (2010), mengestimasi tingkat penyerapan oksigen buah tomat menggunakan spektra absorbansi NIR dengan model jaringan saraf tiruan. Dalam estimasi penyerapan oksigen ini mengunaan panjang gelombang 645 – 979 nm. Huang et al. (2011) mengevaluasi kemungkinan menggunakan VIS-NIR spektroskopi untuk penentuan total padatan terlarut dan pH dalam buah murbei yang memiliki permukaan bergelombang. Spektrum Vis-NIR yang digunakan antara 325 dan 1075 nm. Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa kualitas internal padatan terlarut dan pH buah murbei dapat ditentukan dengan cepat.

Novita (2011) melakukan penentuan pola peningkatan kekerasa kulit buah manggis selama penyimpanan dingin dengan metode NIR Spectroscopy. Panjang gelombang yang digunakan adalah 1000 - 2500 nm dengan interval 0,4 nm. Model kalibrasi yang digunakan ada dua macam yaitu model kalibrasi PLS dan model kalibrasi JST (Jaringan Saraf Tiruan) dan memberikan hasil prediksi yang lebih baik pada model kalibrasi PLS.

Purwadaria et al. (1995) metode analisis data NIR menggunakan PROC STEPWISE of SAS untuk penentuan sukrosa dan asam malat dengan panjang gelombang 1400 - 1975 nm pada mangga gedong gincu. Sukrosa mangga gedong gincu dapat diprediksi pada panjang gelombang 1533 nm, 1605 nm, dan 1821 nm, sedangkan untuk asam malat berada pada panjang gelombang 1621 nm, 1629 nm, 1813 nm, 1821 nm, 1933 nm, 1965 nm, dan 1968 nm. Nilai koefisien korelasi dari pengukuran nondestruktif dengan pengukuran destruktif untuk sukrosa dan asam malat masing-masing menghasilkan sebesar 0.92 dan 0.98.

Pendugaan kualitas mangga untuk varietas Gedong gincu selama penyimpanan telah dilakukan oleh Purwanto et al. (2013a) untuk parameter pH dengan nilai koefisien korelasi 0.9042 dan standard error prediction (SEP) 0.12. Selanjutnya Purwanto et al. (2013b) menduga secara simultan kandungan bahan terlarut, kekerasan dan pH yang dikaitkan dengan periode waktu konsumsi mangga yang paling optimum. Nilai koefisien korelasi dari model prediksi yang dikembangkan dihasilkan masing-masing untuk kandungan bahan terlarut, pH dan kekerasan adalah 0.756, 0.94 dan 0.89.

13

3

METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan mulai bulan November 2013 hingga April 2014, yang bertempat di Laboratorium Teknik Pengolahan dan Hasil Pertanian (Lab. TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Bahan dan Alat

Bahan penelitian adalah mangga Arumanis yang ditentukan dari pohon dengan umur panen 105 hari, 98 hari, 91 hari, dan 84 hari setelah bunga mekar (HSBM). Buah berasal dari kebun mangga Arumanis di Indramayu, Jawa Barat.

Peralatan yang digunakan secara nondestruktif adalah Spektrometer NIRFlex N-500 fiber optic solid dari Buchi Switzerland dengan panjang gelombang 1000 - 2500 nm. Sedangkan peralatan untuk destruktif yaitu

rheometer model CR 300 DX-L untuk mengukur kekerasan, Kandungan padatan terlarut diukur dengan portable digital refractometer atago PR-201 pada suhu ruang, Pengukuran pH dengan menggunakan pHmeter, kadar air menggunakan oven, desikotaor, cawan. Peralatan lainnya yang digunakan dalam penelitian ini yaitu timbangan digital, pisau untuk memotong dan mengupas kulit mangga Arumanis.

Tahap Penelitian

Penelitian ini dibagi dalam dua tahap, yaitu tahap pertama atau pendahuluan, dilakukan pengambilan sampel dengan umur panen 105 hari, 90 hari, 75 hari dan 60 hari. Kemudian dilakukan pengambilan data destruktif dan non destruktif buah mangga Arumanis Data destruktif yang diambil adalah kandungan pati, kekerasan, pH, kadar air dan TPT, sedangkan data nondestruktif berupa data spektrum NIR dari titik yang akan diambil data destruktifnya.

Pada penelitian tahap ke dua atau penelitian utama dilakukan pengambilan sampel yang berbeda yaitu dengan umur panen 105 hari, 98 hari, 91 hari dan 84 hari. Sedangkan pengambilan data parameter sama seperti penelitian pendahuluan dan penyimpanan di suhu ruang. Selama penyimpanan, dilakukan pengukuran nondestruktif dan destruktif selang 2 hari sekali.

14

Prosedur Pengambilan Data NIR dan Kimia

Gambar 5 Diagram alir pelaksanaan penelitian Pengangkutan

Pengukuran NIR & Pengukuran Parameter

- 105, 98, 91, dan 84 hari pada hari panen, hari ketiga, hari keenam, dan hari kesembilan selama penyimpanan

Mulai

Mangga Arumanis dengan umur panen 105 hari, 98 hari, 91 hari dan 84 hari

Pengukuran secara nondestruktif menggunakan NIR Spektroskopi

Pembersihan / pencucian

Penyimpanan pada suhu Ruang setiap umur panen

Pengukuran NIR & Pengukuran Parameter (pH, TPT, kekerasan, kadar air, dan

Kandungan pati) sebanyak 5 buah/umur panen

Mengembangkan model kalibrasi dan validasi dengan NIR dengan PLS

Selesai Menentukan umur panen

15 Kegiatan yang dilakukan pada penelitian pendahuluan dan utama adalah sama, perbedaannya hanya pada umur buah dan proses penyimpanan. Diagram alir dari penelitian ini dapat dilihat Gambar 5. Berikut ini metode yang digunakan dalam penelitian :

1. Persiapan sampel

Bahan utama dalam penelitian ini adalah buah mangga varietas Arumanis yang diambil dari kebun di Indramayu, Jawa Barat. Mangga Arumanis yang dipanen yaitu umur panen 105 hari, 98 hari, 91 hari dan 84 hari (Gambar 6), Buah kemudian dibungkus dengan kertas koran dan dimasukan ke dalam kardus yang sudah dilubangi, lalu akan dibawa ke laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP). Selama perjalanan buah tersebut diletakkan dengan baik guna tidak terjadi guncangan dan benturan.

Gambar 6 Pengambilan Mangga di Kebun

2. Pembersihan dan Pemberian Nomor Sampel

Sesampai di laboratorium sampel dikeluarkan dari kardus dan koran, lalu diletakkan di keranjang untuk dibersihkan, kemudian kain serbet basah untuk di usapkan pada sampel. Agar sampel bersih dan terhindar dari debu dan getah dan setelah itu dilakukan pemberian label tanda pada sampel (Gambar 7).

Gambar 7 Pencucian dan Pemberian Nomor Sampel

3. Pengukuran Spektra NIR

Reflektan NIR pada buah mangga diukur pada 3 titik yang berbeda yaitu pangkal, tengah, dan ujung (Gambar 8), dengan menggunakan spektrometer NIRFlex N-500 fiber optic solid dengan panjang gelombang 1000 - 2500 nm dengan interval 4 per cm.

16

Sebelum melakukan pengukuran reflektan pada buah mangga Arumanis maka perangkat NIRFlex fiber optic solids N-500 terlebih dahulu dinyalakan dan didiamkan beberapa saat. Prinsip fungsional dari perangkat NIRFlex fiber optic solids N-500 dapat dilihat pada Gambar 9. Setelah proses jeda maka dilakukan pengukuran reflektan dimana secara otomatis perangkat akan melakukan referensi panjang gelombang. Referensi panjang gelombang terdiri dari dua kelompok yaitu referensi internal dan referensi ekternal. Proses referensi panjang dilakukan atas perintah dari software NIRWare operator. Flawil (2008) menyatakan bahwa data reflektan yang telah diukur tersimpan dalam database NIRCal 5.2 yang merupakan program olah data yang terintegrasi dengan spektrometer NIRFlex N- 500. Spektrometer ini menggunakan detektor extended range InGaAS dengan kontrol temperatur. Prinsip pengukuran spektra adalah menembakkan cahaya dari lampu halogen ke sampel. Sebagian energi yang dipantulkan akan diterima oleh detektor sebagai reflektan (R). Data reflektan yang telah diukur disimpan dalam database NIRCal 5.2 yang merupakan program olah data yang terintegrasi dengan spektrometer NIRFlex N- 500.

Gambar 8 Pengambilan spekta NIR buah Mangga Arumanis menggunakan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500

Keterangan:

1. Sensor magnet 7. Pelindung cahaya 13. Lensa 1 2. Lampu indikator 8. Penahan fiber optic 14. Lensa 2

3. Tombol”start” 9. Internal reference 15.Invisible refllectant 4. Tangkai 10. Lensa 3 16.Adaptor transflektan 5. Fiber optic 11. Detektor 17. Magnet

6. Probe 12. Motor 18. External reference Gambar 9 Prinsip fungsional dari NIRFlexfiber optic solids (Flawil 2008).

17 4. Pengukuran Kekerasan

Kekerasan sampel buah mangga Arumanis diukur berdasarkan tingkat ketahanan buah terhadap jarum (probe) dari alat rheometer. Pengukuran dilakukan menggunakan Rheometer model CR-300 (Gambar 10). Sebelum pengukuran Rheometer diatur pada mode 20 dengan beban maksimal 10 kg, kedalaman penekanan 10 mm, kecepatan penurunan beban 60 mm/menit dan diameter probe 5 mm. Sampel diletakkan pada sampel holder, kemudian dengan menekan start jarum akan menusuk buah dan kekerasan buah terukur dalam satuan kgf (kg-force). Pengukuran dilakukan pada tiga titik yaitu bagian pangkal, tengah, dan ujung.

Gambar 10 Pengukuran kekerasan buah mangga Arumanis dengan Rheometer

pada bagian (a)pangkal, (b)tengah dan (c)ujung 5. Pengukuran Total Padatan Terlarut

Total padatan terlarut diukur dengan menggunakan alat refractometer. Dalam penggunaan alat ini, bahan terlebih dahulu dihaluskan dengan cara ditumbuk. Setelah itu, cairan dari sampel yang telah ditumbuk diletakkan diatas obyek gelas yang terdapat pada alat sehingga total padatan terlarut akan terbaca langsung pada display dalam satuan o_{Brix (Gambar 11).}

Gambar 11 Pengukuran Total Padatan Terlarut Mangga Arumanis

6. Pengukuran Kadar Air

Pengukuran kadar air sampel (potongan buah mangga Arumanis) dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan metode oven (Gambar 12). Langkah awal dalam pengukuran kadar air sampel dengan mengeringkan cawan kosong di dalam oven bersuhu 105 0_{C selama 15 menit kemudian didinginkan} dalam desikator dan ditimbang.

18

Gambar 12 Pengukuran Kadar Air

Sampel yang telah dipotong-potong sejumlah a gram dimasukkan ke dalam cawan tersebut dan sampel dikeringkan di dalam oven bersuhu 105 0C. Setelah 25 jam sampel tersebut dikeluarkan dari dalam oven dan dimasukkan ke dalam desikator untuk didinginkan. Beberapa saat kemudian sampel dikeluarkan dari desikator dan ditimbang, lalu dimasukkan lagi sampai hasil kadar airnya konstan. Hasil konstan yang didapat mencapai 26 jam. Perbedaan berat sampel sebelum dan sesudah pengeringan dihitung sebagai persen kadar air.

% 100 ) ( )

(% x

c b a c bb

kadarair    (9)

Dimana:

a = berat cawan dan sampel akhir (gram) b = berat cawan (gram)

c = berat sampel awal (gram) 7. Pengukuran Kandungan Pati

Bahan yang digunakan untuk pengkuran kandungan pati sama seperti empat parameter sebelumnya dan harus mewakili bagian pangkal, tengah, dan ujung. Kemudian dipotong dadu kecil seperti pengkuran kadar air dan kemudian dilakukan analisa standar kandungan pati. Pengukuran kandungan pati dilakukan dengan mengambil daging buah sekitar 1 g, kemudian dibekukan dan dilakukan homogenisasi dengan menambah 10 ml air. Padatan tersuspensi disaring dengan filter Millipore "Biomax-10"(10.000 batas nominal berat molekul) pada 5000 g, selama 90 menit. Kemudian disuntikkan alikuot 10 µ L ke kromatografi (HPLC). 8. Pengukuran pH

Sampel yang digunakan untuk pengukuran pH, diambil dari tiga titik pengamatan per sampel lalu dihancurkan. Karena buah mangga memiliki daging buah yang tebal dan serat yang banyak maka setelah buah dihancurkan dilakukan pengenceran 1:1. Bahan yang telah dihancurkan akan diukur tingkat keasamannya (pH) dengan menggunakan pHmeter sebanyak tiga kali kemudian nilainya dirata-ratakan (Gambar 13).

19

Gambar 13 Pengukuran pH Mangga Arumanis

Kemometrik

Kemometrik merupakan pengaplikasian matematika, prosedur statistik untuk pengolahan data serta evaluasi dan interpretasi data yang memiliki jumlah besar. Kemometrik berfungsi untuk mencari korelasi statistik yang baik antara data spektradengan data kandungan kimia yang melibatkan pengolahan data serta berbagai prosedur pengembang model yang dibentuk.

Pengolahan Data Spektra NIR, Kalibrasi dan Validasi

Kalibrasi dan validasi NIR ini dilakukan terhadap Kandungan Pati, total padatan terlarut, Kekerasan, pH dan Kadar Air. Model kalibrasi merupakan model yang menunjukkan tingkat korelasi antara kandungan kimiadengan reflektan NIR, sedangkan validasi merupakan uji terhadap model kalibrasi. Kalibrasi dan validasi NIR dengan data kimia menggunakan metode PLS (program NIRCal 5.2 yang terintegrasi dengan spectrometer). Data spektra dibagi menjadi dua yaitu kelompok kalibrasi dan kelompok validasi menggunakan spektra yang berasal dari sampel yang berbeda. Menurut William dan Norris (1990), jumlah data yang digunakan dalam kelompok kalibrasi sekitar 2/3 dan validasi 1/3 dari total data pada setiap suhu penyimpanan (Gambar 14). Jumlah data yang digunakan adalah 237 data untuk masing-masing tingkatan suhu. Persamaan kalibrasi disusun menggunakan persamaan regresi berganda. Pengolahan data NIR dilakukan menggunakan metode Normalisasi 0-1, Penghalusan rataan setiap 3 titik, Derivatif pertama Savitzky-Golay, dan Kombinasi antara penghalusan rataan setiap 3 titik dan derivative pertama Savitzky-Golay

Normalisasi 0-1 bertujuan untuk mengurangi error yang disebabkan perbedaan ukuran partikel ataupun noise saat pengukuran. Perhitungan nilai normalisasi dapat dilihat pada Persamaan (11).

�� �� � � � � = _{� �� � � � − � �� � � �}� �� � � − � �� � � � (11) Penghalusan rataan setiap 3 titik / smooth average 3 points (sa3) merupakan metode yang sering digunakan untuk mengeleminasi noise. Smoothing

berfungsi untuk memilih penghalusan fungsi dengan teliti tanpa menghilangkan informasi spektrum yang ada dan mengurangi guncangan (noise) dan

20

memperkecil galat (kekeliruan) yang terjadi selama pengukuran NIR dan analisis kimiawi laboratorium.

Derivatif pertama Savitzky-Golay berfungsi untuk mereduksi efek basis dari adanya pertambahan dari proses absorban (shoulder effect) serta menghilangkan masalah basis kemiringan persamaan regresi (Tiaprasit dan Sangpithukwong 2010).

Kombinasi antara penghalusan rataan setiap 3 titikdan derivative pertama Savitzky-Golay dapat diterapkan dan akan mendapatkan bentuk dan model persamaan regresi kalibrasi yang optimum, layak, dan dapat dipercaya (Blanco dan Villarroya 2002).

Gambar 14 Proses kalibrasi dan validasi Evaluasi Hasil Kalibrasi dan Validasi

Beberapa parameter yang harus diperhatikan dalam penilaian kalibrasi kuantitatif, yaitu koefisien regresi (r) dan determinasi (R2). Koefisien regresi menunjukkan tingkat keberhasilan dari nilai yang diprediksi oleh NIR dengan analisis referensi data kimia. Koefisien regresi yang mendekati 100 % akan menghasilkan kalibrasi yang baik. Sebuah analisis bahan pangan dinyatakan

21 berhasil jika memberikan nilai R2 _{lebih besar sama dengan 95 %. Apabila R}2 _lebih besar sama dengan 80 – 95 % maka analisis dapat dinyatakan baik, sedangkan R2 pada selang 70 – 80 % maka analisis dapat dinyatakan cukup baik. Koefisien determinasi (R2) menunjukkan kemampuan model menerangkan keragaman nilai peubah tak bebas. Semakin besar nilai R2_{, maka model semakin mampu} menerangkan perilaku peubah tak bebas. Kisaran nilai R2 mulai dari 0 % sampai 100 % (Mattjik et al. 2006).





2 2 ) ( ) ( ) ( n n n n n n n n Y Y X X Y Y X X r        

 (12)

2 2

) (r

R  (13)

Dimana :

X_n = Data kimia (uji laboratorium) Xn = Data kimia (uji laboratorium) rataan Y_n = Data kimia (dugaan NIR)

Yn = Data kimia (dugaan NIR) rataan

Data komposisi kimia dugaan NIR akan di validasi dengan data hasil pengujian secara kimiawi di laboratorium kimia dan dibuat hubungan antara keduanya, setelah itu akan dihitung standard error. Standard error merupakan selisih antara nilai hasil dugaan dan nilai sebenarnya. SE yang semakin kecil menunjukkan model yang semakin baik. Nilai kecil yang baik adalah nilai yang semakin mendekati nol sehingga dipastikan model dapat memprediksi dengan baik kadar dugaan. Standard error diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

n Y Y SE NIR 2 ) (  

 (14)

Dimana :

SE = standard error

YNIR = Komposisi kimia dugaan NIR Y = Komposisi kimia dengan uji kimia n = Jumlah sampel

Menurut William dan Norris (1990), model kalibrasi yang baik memiliki nilai SEP, SEC, dan coefficient of variance (CV) yang kecil serta nilai r yang tinggi. Untuk mendapatkan nilai coefficient of variance (CV) maka dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 15. Dimana x adalah pH hasil pengukuran. Model kalibrasi yang terbaik dari hasil evaluasi ini selanjutnya akan digunakan untuk pendugaan slope ion leakage yang akan dilakukan pada penelitian tahap dua.

22

% 100

x X

SEP CV

idasi ratasetval rata

 (15)

Kemampuan persamaan untuk pendugaan kandungan kimia sampel yang diukur dinyatakan dengan ratio of standard error prediction to deviation (RPD). RPD adalah nisbah standar deviasi (SD) komponen kimia acuan terhadap nilai SEP. Nilai RPD antara 2 dan 3 menyatakan persamaan baik untuk pendugaan kasar (rough screening, di antara 3 dan 5, potensial untuk pendugaan (screening potential), antara 5 dan 8, dapat digunakan untuk analisis kontrol dan lebih besar dari 8 persamaan cocok untuk aplikasi analisis (Williams 1990; William dan Sobering 1993). Persamaan (16) digunakan untuk menghitung RPD.

SEP SD

RPD  (16)

Grafik fungsi X-PRESS (Predicted Residual Error Sum Square) menunjukkan dimana komponen utama pertama mempunyai pengaruh dalam rekonstruksi spektra. Ketika X-PRESS mencapai kondisi minimum dan sudah tidak mengalami perubahan, maka artinya penambahan komponen utama pertama tidak perlu ditingkatkan. Awalnya jumlah komponen utama pertama yang digunakan adalah 15. Akan tetapi, jumlah komponen utama pertama 15 terlalu banyak sehingga dapat menimbulkan overfitting. Oleh karena itu, jumlah komponen utama pertama dikurangi menjadi 10 karena pada kondisi ini sudah tidak mengalami perubahan atau stabil. Sedangkan untuk pemilihan jumlah komponen utama kedua dapat dilihat dari grafik konsistensi dan V-Set PRESS. Konsistensi yang disarankan adalah di atas 100 %, namun kondisi di atas 80 % pun masih dapat diterima. Konsistensi dirumuskan sebagai berikut:

% 100

x SEP SEC i

konsistens  (17)

Dimana :

SEC = standar eror kalibrasi SEP = standar eror validasi

23

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Fisikokimia Mangga Arumanis

Pengukuran komposisi mangga Arumanis secara destruktif digunakan sebagai data referensi dalam pengembangan model kalibrasi. Data ini sangat menentukan keberhasilan pendugaan nilai parameter mutu dengan menggunakan NIR. Semua proses pengukuran pasti akan menghasilkan nilai error, termasuk pengukuran secara desktruktif. Oleh karena itu, untuk mengurangi error tersebut maka dilakukan penanganan khusus terhadap sampel yang diteliti. Sampel mangga Arumanis yang telah diambil spektranya di NIR, maka secepat mungkin harus langsung dianalisis komposisi kimianya di laboratorium. Hal ini untuk mencegah terjadinya perubahan karakteristik kimia mangga Arumanis. Data hasil analisis laboratorium (kandungan pati, total padatan terlarut, kadar air, kekerasan, dan pH) mangga Arumanis sebanyak 79 sampel dapat dilihat pada Lampiran 1, 2, 3, dan 4. Tabel yang disajikan di bawah ini merupakan rangkuman dari hasil analisis kimiawi laboratorium mangga Arumansi secara statistik.

Tabel 2 Data statistik 79 sampel mangga Arumanis hasil analisis laboratorium

Komposisi Rataan SD Minimum Maksimum

Kandungan pati (%) 8.53 5.12 1.38 16.05

TPT ( oBrix) 14.04 4.01 5.23 20.37

Kadar air (%) 81.84 1.85 77.46 88.12

kekerasan (kgf) 1.46 1.09 0.37 3.61

pH 4.32 0.59 2.53 20.37

Standar deviasi (SD) dapat dinyatakan dalam banyaknya keragaman satu kumpulan data yang dianalisis. Berdasarkan Tabel 2 dapat dilihat bahwa variasi data untuk pH tidak begitu tinggi, yaitu 0.59%. Namun, variasi data untuk kandungan pati, total padatan terlarut (TPT), kadar air, dan kekerasan cukup tinggi, yaitu sebesar 5.12%, 4.01%, 1.85%, dan 1.09%. Hal ini menunjukkan bahwa data kimia selain pH memiliki tingkat keragaman yang besar. Salah satu penyebabnya adalah laboratory error, contohnya kesalahan dalam penimbangan sampel, kalibrasi alat, kesalahan operator dalam melakukan pengukuran, kondisi lingkungan yang mempengaruhi, yaitu suhu.

Perubahan Kandungan Kimia Mangga Arumanis pada Beberapa Umur Panen selama Penyimpanan Suhu Ruang

Kandungan Pati

Mangga Arumanis termasuk buah-buahan klimakterik sehingga walaupun dipanen masih muda, akan matang dalam masa pemeraman. Selain itu buah juga masih melakukan proses metabolisme yang menunjukkan proses kehidupan masih berlangsung. Oleh karena itu, untuk menghasilkan buah dengan mutu yang baik, buah harus dipanen dengan tingkat ketuaan yang cukup. Buah yang dipanen sebelum umur panen optimal, setelah matang akan mempunyai rasa yang hambar

24

dan kurang enak serta warna buah yang tidak menarik, tampak kusam, dan tidak cerah.

Gambar 15 Perubahan kandungan pati mangga Arumanis selama penyimpanan Berdasarkan Gambar 15, tren grafik kandungan pati cenderung menurun. Penurunan kandungan pati terjadi akibat terhidrolisisnya pati menjadi gula-gula sederhana. Pada hari penyimpanan 0 ke 6 hari, grafik menurun drastis kecuali pada sampel umur 105 hari. Pada penyimpanan hari 6 ke hari 9, terjadi peningkatan kandungan pati pada sampel umur 98 hari dan 84 hari, yang tidak terlalu besar. Penurunan pati sesuai dengan teori yang ada, bahwa pati yang terakumulasi selama proses pematangan buah kadarnya berkurang tajam pada saat buah matang, dimana ukuran granula pati yang ada di dalam kloroplas mengecil. Sehingga secara umum perubahan kadar pati sampel sesuai dengan teori yang ada (Seymour1993).

Total Padatan Terlarut

Perubahan total padatan terlarut mangga Arumanis selama penyimpanan disajikan pada Gambar 18. Total padatan terlarut mangga cenderung meningkat seiring bertambahnya hari penyimpanan. Namun pada penyimpanan hari ke 6 hingga hari ke 9, kandungan TPT mangga Arumanis cenderung menurun. Hal tersebut disebabkan karena setelah hari penyimpanan ke-6, buah mangga mulai membusuk. Menurut Tirkey et al. 2014, ketika buah mengalami pembusukan dan kerusakan, kandungan gula di dalamnya akan terdegradasi menjadi asam, sehingga nilai total padatan terlarutnya pun akan menurun.

Berdasarkan Gambar 16. Total padatan terlarut sampai hari ke-6 mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya kandungan gula pada buah selama proses pematangan (Sivakumar et al. 2011), sehingga nilai total padatan terlarut pada umumnya mengalami peningkatan.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 3 6 9

K

an

d

u

n

g

an

Pat

i (

%

)

Penyimpanan (Hari)

25

Gambar 16 Perubahan total padatan terlarut mangga Arumanis selama penyimpanan

Kekerasan

Pengamatan parameter mutu lainnya pada penelitian ini adalah kekerasan. Kekerasan pada mangga Arumanis mengalami penurunan dari penyimpanan hari ke-0 sampai penyimpanan ke-9. Kekerasan tertinggi pada hari ke-0 dengan umur panen 84 hari adalah 3.22 kgf (Gambar 17). Menurut Tucker (1993), penurunan kekerasan buah selama pemeraman disebabkan oleh 3 mekanisme yaitu, penurunan tekanan turgor, degradasi (perombakan) zat tepung, dan pemecahan dinding sel buah. Penurunan tekanan turgor sel pada umumnya disebabkan perubahan komposisi dinding sel, terjadi karena adanya senyawa penyusun dinding sel seperti pektin menjadi fraksi yang berat molekulnya lebih rendah dan larut di dalam air.

Gambar 17 Perubahan kekerasan mangga Arumanis selama penyimpanan 4

6 8 10 12 14 16 18 20 22

0 3 6 9

To

tal Pad

atan

Te

rl

ar

u

t

(

oB

ri

x)

Penyimpanan (Hari)

umur 105 hari umur 98 hari umur 91 hari umur 84 hari

0 1 2 3 4

0 3 6 9

ke

ke

rasan

(

kgf

)

Penyimpanan (Hari)

26

Nilai kekerasan yang semakin lama semakin menurun disebabkan karena mangga mengalami pematangan/pelunakan. Pematangan terjadi karena sebagian protopektin yang tidak larut dalam air berubah menjadi pektin yang larut dalam air, sehingga menurunkan kohesi dinding sel yang mengikat sel yang satu dengan sel yang lainnya sehingga buah menjadi lunak (Winarno dan Wiranatakusumah 1981).

Kadar Air

Kadar air merupakan salah satu parameter yang baik untuk menentukan kematangan mangga Arumanis. Sehingga parameter ini cukup penting untuk diuji dalam penelitian. Berdasarkan hasil pengukuran pada 4 umur panen yang berbeda didapatkan kadar air buah berada diantara 80.17% - 83.81%.

Pada Gambar 18 menunjukkan terjadinya penurunan kandungan kadar air mangga Arumanis selama penyimpanan. Mangga yang dipanen pada umur 98 hari dan 91 hari menggalami penurunan kadar air. Penurunan kadar air ini disebabkan buah yang belum mengalami matang maksimal. Mangga yang dipanen pada umur tersebut mengalami proses pematangan fisiologis. Buah mangga masih mengalami proses metabolisme dengan adanya transpirasi. Air yang terdapat pada daging buah mengalami perpindahan dari sisi dalam menuju bagian luar. Sementara mangga yang umur panen 98 hari sampai 105 hari, kadar air mengalami penurunan yang tidak terlalu besar. Buah mangga yang sudah matang fisiologis sehingga proses metabolisme tidak mengakibatkan pengaruh fisiologi yang besar. Selama proses pematangan di pohon terjadi penyerapan air dan nutrisi dari buah, sehingga selama penyimpanan kandungan air dan nutrisi sudah sedikit.

Gambar 18 Perubahan kadar air mangga Arumanis selama penyimpanan Menurut Abbashi et al. (2011), penurunan kadar air disebabkan terjadinya proses metabolisme selama penyimpanan seperti transpirasi dan respirasi. Semakin meningkat usia buah maka semakin berkurang kandungan airnya. Penurunan kadar air di tiap umurnya juga diikuti oleh peningkatan total padatan

78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

0 3 6 9

K

ad

ar

Ai

r (

%

)

Penyimpanan (Hari)

27 terlarut. Pada umur 91 hari, terlihat bahwa variasi data tinggi jika dibandingkan umur 98 hari dan 105 hari. Perubahan kandungan kadar air selama penyimpanan cenderung menurun, meskipun terjadinya kenaikan.

pH

Perubahan pH dapat disebabkan oleh lama penyimpanan dan adanya mikroorganisme. Perubahan pH mangga Arumanis selama penyimpanan ditunjukkan pada Gambar 19. Nilai pH cenderung mengalami penuruan selama penyimpanan seperti pada umur panen 105 hari. Menurut Sivakumar dan Pandarinathan (2010) menyatakan bahwa selama proses pematangan mangga terjadi perubahan biokimia denan karakteristik menurunnya pH dan peningkatan TPT. Buah yang masih muda banyak mengandung asam organik dan akan menurun selama proses pematangan buah. Asam organik ini disamping mempengaruhi rasa juga mempengaruhi aroma buah, sehingga digunakan untuk menentukan mutu buah-buahan (Muchtadi et al. 2010).

Mangga Arumanis yang disimpan pada suhu ruang memiliki nilai pH tertinggi yaitu 5.20 pada hari ke-6 penyimpanan dan pH terendah 3.80 pada hari ke-9 penyimpanan. Selama penyimpanan di hari ke-0 sampai hari ke-6 pH meningkat, hal ini disebabkan buah masih dalam proses pematangan, dimana pH menunjukkan kandungan asam pada buah. Kandungan asam yang masih muda lebih besar dari pada buah yang setelah matang dan menuju pembusukan. Menurunnya pH pada hari ke-6 sampai hari ke-9 disebabkan karena buah mengalami pembusukan. Selama pematangan asam-asam organik terdegradasi dan menyebabkan pH tereduksi dan mengalami penurunan. Asam askorbat rentan teroksidasi destruktif akibat kondisi lingkungan selama penyimpanan. Penurunan kandungan askorbat menjadi pH ikut menurun (Purwanto et al. 2013a).

Gambar 19 Perubahan pH mangga Arumanis selama penyimpanan

Perubahan pH menunjukkan berkurang atau meningkatnya konsentrasi H+. Dari hasil pengamatan terlihat bahwa nilai pH mengalami perubahan yang

2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 5.3 5.8 6.3

0 3 6 9

pH

Penyimpanan (Hari)

28

bervariasi. Meskipun begitu, pH selama penyimpanan cenderung mengalami penurunan.

Pada hari ke enam penyimpanan pH mengalami kenaikan hal ini dipengaruhi oleh proses pematangan pada buah mangga. Hal ini disebabkan proses pematangan buah mangga yang tergolong kedalam buah klimaterik. Selama penyimpanan mangga masih mengalami pematangan yang mempengaruhi kandungan pH. Menurut Naruke et al. (2003) bahwa pH, kegiatan enzim, suhu, dan lama penyimpanan saling berpengaruh.

Hubungan antara Kandungan Pati dan Total Padatan Terlarut

Dari hasil grafik hubungan antara kandungan pati dengan total padatan terlarut pada setiap umur panen, diketahui bahwa adanya korelasi antara kandungan pati dengan total padatan terlarut. Korelasi antara dua kandungan tersebut bernilai negatif seperti yang terlihat pada Gambar 20. Hal ini menunjukkaan bahwa semakin menurun kandungan pati maka total padatan terlarut pada mangga Arumanis akan semakin meningkat.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 20 Hubungan kandungan pati dengan total padatan terlarut pada setiap umur panen. (a) 105 hari, (b) 98 hari, (c) 91 hari, dan (d) 84 hari.

Penurunan kandungan pati setiap umur panen terlihat dari kandungan pati awal cenderung sama yaitu berkisar antara 13.84% sampai 14.92% dan setelah

R² = 0.3449 y = -0.6996x + 19.874

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 10 20 30

Kan d u n gan Pa ti (% )

Total Padatan Terlarut (o_Brix)

R² = 0.6275 y = -1.0026x + 22.237

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 10 20 30

Kan d u n gan Pa ti (% )

Total Padatan Terlarut (o_Brix)

R² = 0.7403 y = -1.0116x + 22.561

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0 10 20 30

ka n d u n gan Pa ti (% )

Total Padatan Terlarut (o_Brix)

R² = 0.6697 y = -1.2128x + 24.331

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 5 10 15 20

ka n d u n gan Pa ti (% )

29 matang kandungan pati pada akhir penyimpanan menurun menjadi 2.60% sampai 3.49% untuk setiap umur panen. Berbanding terbalik dengan kandungan total padatan terlarut yang diawal penyimpanan pada setiap umur panen berkisar antara 7.27 oBrix sampai 9.43 oBrix, setelah dilakukan penyimpanan total padatan terlarut mengalami kenaikan untuk setiap umur panen berkisar antara 15.93 o_Brix sampai 17.00 oBrix.

Korelasi negatif antara kandungan pati dengan kandungan total padatan terlarut disebabkan bahwa pati yang terakumulasi selama proses pematangan buah kadarnya berkurang tajam pada saat buah matang, dimana ukuran granula pati yang ada di dalam kloroplas mengecil (Seymour1993). Nilai total padatan terlarut pada bahan khususnya buah-buahan berhubungan dengan kandungan yang ada pada produk atau buah tersebut. Kandungan pati atau karbohidrat merupakan sumber energi buah yang digunakan dalam proses respirasi akan terhidrolisis menjadi gula-gula sederhana (Love etal. 2014).

Karakteristik Reflektan Spektra NIR Mangga Arumanis pada Berbagai Umur Panen Selama Penyimpanan Suhu Ruang

Kandungan bahan pada mangga Arumanis berhubungan erat dengan penyerapan radiasi NIR. Pendugaan komposisi kimia mangga Arumanis yang diteliti meliputi kandungan pati, total padatan terlarut, kekerasan, kadar air, dan pH. Perangkat yang digunakan adalah NIRFlex Solids Petri N-500 yang menghasilkan data pengukuran berupa data pantulan (reflectance). Pengukuran spektra yang digunakan pada rentang panjang gelombang 1000-2500 nm dan menggunakan data spektra reflektan (R) sebanyak 237 sampel. Karakteristik

spektra reflektan mangga ‘Arumanis’ ditunjukkan pada pada Gambar 21. Reflektan NIR umur 105 lebih tinggi dari umur 84 hari, 91 hari, 98 hari, namun reflektan NIR umur 84 hari, 91 hari, 98 hari tidak menujukan perbedaan yang nyata dan konsistensi cenderung naik atau turun, sehingga sulit menentukan kandungan berdasarkan nilai reflektan NIR.

Gambar 21 Spektrum reflektan NIR mangga Arumanis pada Hari 0 0.0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

1000 1111 1250 1429 1667 2000 2500

R

ef

le

kt

an

Panjang Gelombang (nm)

umur 105

umur 98

umur 91

51

Lampiran 4 Hasil Pengukuran Kandungan Kimia Mangga Arumanis secara

Destruktif pada umur 84 hari.

Umur Panen

Hari Penyimpanan

Ulangan

Ke Kode

Kandungan Pati

Total Padatan Terlarut

Kadar

Air Kekerasan pH

84

0

1 D.1.1 14.81 7.53 81.41 35.12 4.27 2 D.1.2 15 9.10 82.53 34.99 4.17 3 D.1.3 14.98 7.07 82.64 35.38 4.13 4 D.1.4 12.9 10.33 81.33 26.39 4.27 5 D.1.5 13.04 11.17 79.33 26.03 4.58 rata-rata 14.15 9.04 81.45 31.58 4.28

3

1 D.2.6 12.41 11.43 84.8 16.09 3.67 2 D.2.7 12.67 12.20 82.45 24.13 4.19 3 D.2.8 10.76 12.20 80.75 14.85 4.18 4 D.2.9 11.27 11.00 83.36 30.54 3.66 5 D.2.10 10.99 17.20 81.89 6.61 4.91 rata-rata 11.62 12.81 82.65 18.44 4.12

6

1 D.3.11 2.97 16.57 82.9 6.44 4.31 2 D.3.12 2.08 16.93 81.59 5.46 4.94 3 D.3.13 2.11 14.20 84.92 6.80 4.13 4 D.3.14 4.04 17.57 82.36 5.89 4.25 5 D.3.15 2.04 12.40 87.57 7.46 3.32 rata-rata 2.65 15.53 83.87 6.41 4.19

9

1 D.4.16 3.12 16.97 83.07 5.40 3.4 2 D.4.17 2.71 17.90 81.67 4.77 4.52 3 D.4.18 2.88 16.47 82.36 4.61 4.04 4 D.4.19 3.51 17.77 81.02 4.51 4.6

52

Lampiran 5 Spesifikasi NIRFlex N-500 Fiber Optic Solids

NIRFlex N-500

Bagian Alat

Keterangan

Dimensi alat (p x l x t)

350 x 450 x 250 mm

Kisaran spektra

800-2500 nm (rekomendasi : 1000 - 2500 nm)

12500-4000 cm

-1

_{(rekomendasi : 10000}

–

_{4000 nm)}

Resolusi

8 cm

-1

Jenis interferometer

Interferometer polaris dengan irisan TeO2

Akurasi panjang gelombang

± 0.2 cm

-1

Jumlah

scan

/detik

2

–

4

Analog-digital konverter

24 bit

Temperatur ambien

5

–

35

o

_{C (rekomendasi: 25±5}

o

_C

Jenis lampu

Tungsen halogen/ 12000 h (2 x 6000 h)

Jenis laser

12 VDC HeNe, pada panjang gelombang 632.992 nm

Koneksi ethernet

100 Mbit/det

Power supply

100

–

230 VAC ± 10%, 50/60 Hz, 350 W

NIRFlex fiber optic solids

Bagian Alat

Keterangan

Kisaran temperatur pada ujung

probe

0

o

_C

–

₈₀

o

_C

power supply

100

–

230 VAC ± 10%, 50/60 Hz, 20 W

Detektor

Extended range LnGaAs (dengan kontrol

temperatur)

Panjang standar

probe

2 m, 3 m, 5 m

53

Lampiran 6 Spektra Panjang Gelombang dengan Beberapa Komponen

Kimia

Panjang Gelombang (nm) Panjang Gelombang (cm-1₎

Ikatan Kimia Produk

1000 10000 O-H str.second overtone ArOH

1015 9852 2x C-H str.+3x C-H def. CH3

1020 9804 2x N-H str.+2x amile I Protein

N-H str.second overtone ArNH2

1030 9709 RNH2

1037 9643

2x C-H str.+2x C-H def.+ (CH2)n oil

1053 9497 CH2

1060 9434 N-H str.second overtone RNH2

1080 9259

2x C-H str.+2x C-C str. benzene

1097 9116 cyclopropane

1143 8749

C-H str.second overtone

aromatic

1152 8681 CH3

1170 8547 HC=CH

1195 8368 CH3

1215 8230 CH2

1225 8163 CH

1360 7353

2x C-H str.+ C-H def CH3

1395 7168 CH2

1410 7092 O-H str.first overtone ROH

1415 7067

2x C-H str.+ C-H def. CH2

1417 7057 aromatic

1420 7042

O-H str.first overtone ArOH

1430 6993 sucrose, starch

1440 6944

2x C-H str.+ C-H def. CH

1446 6916 aromatic

1450 6897 O-H str.first overtone starch, H2O

1460 6849

N-H str.first overtone CONH2

1471 6798 CONHR

1480 6757 O-H str.first overtone (intramol.H-bond) glucose

1483 6743

N-H str.first overtone CONH2 CONHR 1490 6711 N-H str.first overtone (intramol.H-bond) CONH2

O-H str.first overtone (intramol.H-bond) cellulose

1492 6702

N-H str.first overtone

ArNH2

1500 6667 NH

1510 6623 Protein

1520 6579 O-H str.first overtone CONH2

N-H str.first overtone (intramol.H-bond) ROH 1528 6545 O-H str.first overtone (intramol.H-bond) starch

1530 6536 N-H str.first overtone RNH2

1533 6523 C-H str.first overtone CH

1540 6494 O-H str.first overtone (intramol.H-bond) starch

1570 6369 N-H str.first overtone CONH-

1580 6329 O-H str.first overtone (intramol.H-bond) starch, glucose

1620 6173

C-H str.first overtone

CH2

1645 6079 R-CH-CH

1660 6024 cis-RCH=CHR

1685 5935 aromatic

1695 5900 CH3

1705 5865 CH3

1725 5797 CH2

54

Lanjutan Lampiran 6

Panjang Gelombang (nm)

Panjang Gelombang (cm-1₎

Ikatan Kimia Produk

1765 5666 CH2

1780 5618 cellulose

1820 5495 O-H str.+2x C-O str. cellulose

1900 5263 O-H str.+2x C-O str. starch

C=O str.second overtone -CO2H

1908 5241 O-H str.first overtone POH

1920 5208 C=O str.second overtone CONH

1940 5155 O-H str.+ O-H def. H2O

1950 5128 C=O str.second overtone -CO2R

1960 5102

N-H asym.str.+ amide II CONH2

1980 5051 protein

2000 5000 2x O-H def.+ C-O def. starch

N-H sym.str.+ amide II CONH2, CONHR

2030 4926 C=O str.second overtone CONH2

2050 4878 N-H sym.str.+ amide II protein

N-H asym.str.+ amide II CONH2

2080 4808 O-H str.+ O-H def. ROH, sucrose, starch 2100 4762 2x O-H def.+ 2x C-O str. starch

2110 4739 N-H sym.str.+ amide II CONH2, CONHR

2132 4690 N-H str.+ C=O str. amino acid

2140 4673 =C-H str.+ C=C str. HC=CH

2150

4651

2x amide I+ amide III

CONH

2

2160

4630

CONHR

2180

4587

protein

2190

4566

CH

2

asym.str.+ C= str.

HC=CH

2200

4545

C-H str.+ C=O str.

-CHO

2242

4460

N-H str.+ NH

3

+ def.

amino acid

2252

4440

O-H str.+ O-H def.

starch

2276

4394

O-H str.+ C-C str.

starch

2280

4383

C-H str.+ C-H def.

CH

3

2294

4359

N-H str.+ C=O str.

amino acid

2310

4329

N-H str.+ C-H def.

CH

2

2121

4305

C-H str.+ C-H def.

CH

2

2336

4281

cellulose

2347

4261

CH

2

sym.str.+ =CH

2

def.

HC=CHCH

2

2352

4251

C-H def.second overtone

cellulose

2380

4202

O-H def.second overtone

ROH

55

Lampiran 7 Hasil Uji Laboratorium Kandungan Kimia Mangga Arumanis

Kandungan

Kimia

Tahap

Penelitian

Jumlah

Sampel

Rata-rata

SD

Maksimum Minimum

Kandungan

Pati

Kalibrasi

159

8.50

5.26

16.05

1.38

Validasi

78

8.78

4.80

15.19

1.96

Total Padatan

Terlarut

Kalibrasi

159

13.68

4.17

20.37

5.23

Validasi

78

14.75

3.63

19.63

6.93

Kadar Air

Kalibrasi

150

81.74

1.80

88.12

77.46

Validasi

75

81.70

1.64

84.5

78.78

Kekerasan

Kalibrasi

159

1.48

1.13

3.61

0.37

Validasi

78

1.43

1.00

3.33

0.38

pH

Kalibrasi

157

4.36

0.59

6.35

2.81

56

RIWAYAT HIDUP

Penulis yang akrab dipanggil

Dedek

dilahirkan pada tanggal 17 Agustus

1986 di Desa Tanjung Karang, Kec. Karang Baru, Kab. Aceh Tamiang. Penulis

merupakan anak kedua dari tiga bersaudara pasangan Ayahanda M.Ridwan dan

Ibunda

Nur’aini.

Tahun 2006, penulis Lulus dari SMA Negeri 2 Kejuruan Muda Aceh

Tamiang. Kemudian pada tahun yang sama, penulis diterima di Jurusan Teknik

Pertanian, Fakultas Pertania, Universitas Syiah Kuala melalui jalur USMU.

Sarjana Teknologi Pertanian (S.TP) diperoleh pada tahun 2011.

Pada September 2012, penulis diterima di sekolah Pascasarjana Institut

Pertanian Bogor (IPB) program studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan (TMP),

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada

penyelesaian tugas akhir, penulis menyelesaikan karya ilmiah tesis dengan judul

“

Penentuan Mutu Mangga Arumanis (

Mangifera indica

L.) secara Nondestruktif

menggunakan

NIR Spectroscopy

”.