PEMBAHASAN UMUM Kajian spektroskopi impedansi listrik untuk evaluasi kualitas buah jeruk keprok garut secara nondestruktif

BAB 7 PEMBAHASAN UMUM

Buah jeruk tumbuh dan tersebar di berbagai pulau di Indonesia. Hal ini menjadi aset nasional yang harus dikembangkan dan dimanfaatkan sebaik-baiknya bagi kemaslahatan manusia. Jeruk merupakan salah satu komoditas buah-buahan yang menjadi andalan sektor pertanian dan berada pada urutan kedua setelah pisang dalam hal volume perdagangan dunia atau ekspor-impor Storey Walker 1999. Perbedaan iklim dan faktor lingkungan lainnya menjadikan komoditas ini berkembang menurut kondisi tempat tumbuhnya, punya spesifikasi sendiri dan menjadi terkenal sebagai buahan spesifik daerah tersebut seperti Jeruk Keprok Garut. Setelah hancur terserang penyakit CVPD lebih dari 20 tahun lalu, Jeruk Keprok Garut mulai digalakan kembali. Berdasarkan Keputusan Menteri Pertanian pada tahun 1999 Jeruk Keprok Garut telah ditetapkan sebagai Jeruk Varietas Unggul Nasional. Walaupun manfaat jeruk sangat banyak dan bisa meningkatkan kesejahteraan petani tetapi hal itu tidak bisa berguna dengan baik jika tidak memperhatikan mutu dari buah jeruk itu sendiri. Penanganan pascapanen buah dirancang dalam bentuk rangkaian kegiatan dari panen hingga buah dikemas dan siap didistribusikan pemasarannya atau untuk mendapatkan perlakuan seperti penyimpanan, pelilinan Margeysti 1999, pemeraman maupun perlakuan khusus lainnya yang dituntut konsumen. Seperti halnya jeruk, produk pertanian umumnya mudah rusak Mohsenin 1986. Namun, permintaan untuk produk-produk pertanian tidak akan pernah berhenti selama pertumbuhan populasi manusia terus meningkat. Pengukuran sifat produk pertanian umumnya bersifat merusak sehingga banyak peneliti mengembangkan metode yang tidak merusak. Sebagian besar teknik yang ditemukan oleh para peneliti sering mahal dan tidak praktis dalam industri pertanian. Pengukuran listrik memberikan kesempatan untuk mengatasi masalah ini Varlan dan Sansen 1996; Karásková et al. 2011 . Mutu buah jeruk tidak hanya ditentukan oleh media tumbuh, pengemasan, pemetikan, dan hama tumbuhan Sarwono 1994, tetapi teknik pengujian mutu juga ikut berperan. Hasil evaluasi visual yang hanya menilai sifat fisik bagian luar ini tidak selalu mencerminkan tingkat kematangan dan kerusakan bagian dalam buah. Bila ingin menentukan mutu bagian dalam buah harus digunakan cara kimia basah seperti HPLC Odriozola-Serrano 2007 yang bersifat merusak, mahal dan lama. Selain itu banyak peneliti mengembangkan metode nondestruktif sekaligus bisa menentukan karakteristik bagian dalam buah namun masih mahal seperti penggunakan MRI dan NMR pada buah tomat Musse et al. 2009, spektroskopi NIR pada jeruk Liu et al. 2010, fluoresence pada tomat Lai et al. 2007. Dalam menanggulangi masalah ini perlu dilakukan suatu penelitian mengenai teknik tertentu yang dapat dimanfaatkan untuk menentukan mutu buah-buahan secara tidak merusak Kawano 1993; Rejo 2002 dan relatif murah. Salah satu metode non destruktif yang relatif murah dan berpotensi dapat menentukan mutu buah adalah dengan pemanfaatan sinyal listrik Zara et al. 2003; Figura dan Teixeira 2007; Karásková et al. 2011; Soltani et al. 2011 . 138 Pengukuran listrik memberikan peluang teknik yang sederhana, biaya rendah, dan pengujian kualitas produk yang cepat seperti yang dilakukan oleh Soltani et al. 2011 untuk buah pisang, Karásková et al. 2011 pada ikan asap, Guo et al. 2011 dan Euring et al. 2011 pada buah apel. Selain itu, sifat listrik dari buah yang penting dalam aspek kognitif yang tidak merusak, terutama untuk mengetahui respon dari buah-buahan terhadap medan listrik dengan frekuensi yang bervariasi Bauchot et al. 2000; Bean et al. 1960. Analisis spektroskopi impedansi listrik dari buah Jeruk Keprok Garut pada berbagai parameter fisiko kimia yang merupakan parameter kualitas yang umum digunakan adalah hal baru yang belum pernah ada yang melakukannya. Langkah ini merupakan salah satu langkah evaluasi yang tidak merusak pada produk Jeruk Keprok Garut. Prilaku sifat listrik dari buah Jeruk Keprok Garut selama pematangan telah dikaji dengan menggunakan pemodelan rangkaian listrik dan spektroskopi impedansi listrik. Model listrik buah jeruk terdiri dari resistor dan kapasitor yang diadopsi dari model Zhang dan Hayden. Pengembangan model listrik untuk jeruk juga telah dilakukan berdasarkan kondisi struktur internal buah. Hasil simulasi dan pengukuran pada buah jeruk ini menunjukkan adanya kecocokan yang bagus untuk nilai resistor dan kapasitor yang tertentu. Korelasi antara data pengukuran dan simulasi dilakukan secara regresi dan hasil terbaik ditunjukkan dengan koefisien deterministik tertinggi terjadi pada model baru. Perubahan keasaman dan kekerasan pada buah menyebabkan terjadinya perubahan nilai parameter resistor dan kapasitor internal pada model. Jika pH meningkat, maka nilai kapasitansinya meningkat sementara nilai resistansinya menurun. Korelasi perubahan parameter tersebut tidak menunjukkan korelasi yang linier. Perubahan kekerasan dan komponen resistansi dari model menunjukkan keterkaitan yang sejalan dan berkorelasi secara nonlinier. Peningkatan kekerasan buah berkorelasi juga dengan penurunan komponen kapasitansi dari model atau dalam kata lain jika kekerasan meningkat maka komponen kapasitansi dari model menurun. Spektroskopi impedansi listrik meliputi pemodelan listrik yang dibangun dari rangkaian listrik resistor dan kapasitor, serta menganalisa responnya terhadap amplitudo sinyal dan frekuensinya Vozáry dan Benk ő 2010. Dalam metode ini penggunaan arus listrik umumnya merupakan arus lemah agar pemberian listrik tidak merusak bahan yang diuji. Model bisa dijadikan pertimbangan dalam menjelaskan dan menggambarkan fenomena mekanisme transportasi pada jaringan Muramatsu dan Hiraoka 2007. Pemodelan rangkaian listrik telah berhasil menjelaskan beberapa sifat buah seperti yang dilakukan oleh Bauchot et al. 2000 yang diadopsi dari model Zhang Zhang et al. 1990 pada buah kiwi. Wu et al. 2008 menerapkan pada terung dan kentang yang diadopsi dari model Hayden Hayden et al. 1969. Model yang dibangun oleh Hayden memperhitungkan resistansi dari dinding sel, resistansi cytoplasma yang termasuk di dalamnya vakuola dan kapasitansi dari membran sel. Zhang et al.1990 melakukan pengembangan dengan mengusulkan bahwa kapasitansi dari tonoplas dan resistansi internal dari vakuola memiliki kontribusi secara substansi terhadap total impedansi buah, sehingga parameter ini harus ada secara independen. Struktur internal dari buah jeruk lebik kompleks daripada buah kiwi, kentang atau terung sehingga pemodelan harus lebih dikembangkan agar lebih 139 sesuai. Model baru ini dibangun dari komponen resistansi bagian buah yaitu biji, segment, dinding segment, dan dinding kulit luar. Selain itu juga ada unsur kapasitansi membrannya yang berasal dari segment, albedo, dan flavedo. Secara keseluruhan model diilustrasikan pada bab 3 dalam Gambar 3.2. Tingginya kapasitansi pada frekuensi rendah 50 Hz dapat dikaitkan dengan perubahan dipol yang dipengaruhi kandungan air dan polarisasi elektroda. Selain itu, perubahan frekuensi akan mempengaruhi kondisi ion dalam bahan. Kehilangan ionik ionic loss berbanding terbalik dengan frekuensi dan menjadi kritis ketika frekuensi yang lebih rendah. Sementara disipasi energi pada frekuensi yang lebih tinggi kurang dominan dan ionic loss menjadi hampir tidak terjadi Singh et al. 2010. Resistansi, reaktansi, impedansi, induktansi, dan kapasitansi listrik buah tidak linier terhadap besarnya frekuensi. Peningkatan frekuensi sinyal tidak dapat diikuti oleh perubahan momen dipol internal jeruk secara linier. Namun, untuk penjelasan yang tepat dari perilaku dielektrik dari buah jeruk dan bahan biologis lainnya, fenomena kontribusi selain relaksasi dipol juga perlu diperhitungkan seperti konduksi ion pada frekuensi yang lebih rendah, perilaku kandungan air, dan pengaruh komponen penyusun lainnya. Sehingga dapat dikatakan bahwa pada frekuensi rendah Jeruk Keprok Garut menunjukkan sifat resistif yang dominan hampir bersifat isolator. Dengan demikian, ion-ion dan elektron dalam buah jeruk, biji, kulit, dan daging terikat relatif kuat. Nilai konduktansi listrik menyatakan kemampuan gerak muatan dalam material dan tergantung pada jumlah ion atau elektron bebas dari bahan. Elektron pada bahan konduktif mudah untuk mengikuti perubahan arus bolak-balik eksternal. Dengan demikian, peningkatan konduktansi listrik dengan mudah akan terjadi jika frekuensi meningkat. Sementara bahan resistif tidak mudah terjadi demikian. Jadi, peningkatan frekuensi hanya sedikit mengubah nilai konduktansi dari bahan resistif. Hal ini terjadi juga pada buah jeruk yaitu nilai konduktansi listrik sedikit meningkat ketika frekuensi diperbesar. Konsekuensi dari perubahan sifat resistif maupun kapasitif bahan akan mempengaruhi nilai impedansi total bahan tersebut. Jika frekuensi meningkat, maka nilai impedansi listrik dari buah jeruk menurun. Besaran impedansi listrik berkorelasi dengan resistansi, reaktansi, kapasitansi, induktansi dan frekuensi. Pada frekuensi yang sangat rendah reaktansi akan menjadi besar, sehingga impedansi akan menjadi besar juga. Ketika frekuensi meningkat, reaktansi akan menurun. Nilai impedansi juga menandakan hambatan total arus bolak-balik yang berkorelasi dengan konduktansi dan kapasitansi sebagai fungsi dari frekuensi. Ketika frekuensi meningkat, nilai konduktansi juga meningkat. Sementara penurunan nilai kapasitansi dan peningkatan frekuensi akan berkorelasi dengan penurunan nilai impedansi. Kedua fenomena kapasitansi dan konduktansi akan memperkuat sifat impedansinya. Secara keseluruhan, impedansi akan menurun jika frekuensi meningkat. Zhang dan Willison 1991 telah mencocokkan model dengan data eksperimen dari blok jaringan akar wortel dan umbi kentang. Model ini didominasi oleh sifat resistansi transmembran yang umumnya dianggap sangat tinggi Zhang et al. 1990. Namun, dalam jaringan buah nektarin asumsi ini diperbaiki karena membran diketahui mengalami kebocoran ionik pada saat 140 pematangan. Pembenaran untuk identifikasi dinding sel dan resistansi vakuola cukup baik dilakukan oleh Harker dan Dunlop 1994 pada nektarin. Begitu juga diduga dalam jaringan buah jeruk semua asumsi ini mungkin tidak sepenuhnya benar karena jaringan internal yang lebih kompleks. Identifikasi dan interpretasi resistansi biji, resistansi dari segmen, resistansi dinding segmen, resistansi kulit terluar, kapasitansi segmen, kapasitansi albedo, dan kapasitansi dari flavedo pada model bisa lebih diterima dengan baik. Nilai untuk masing-masing resistansi cukup besar. Hal ini dimungkinkan karena kondisi buah jeruk memiliki banyak bahan isolasi seperti minyak, gula, pati, pektin, dan vitamin Ladaniya 2008. Sedangkan nilai untuk komponen kapasitansi sangat kecil. Hal ini juga mungkin karena beberapa membran pada buah memiliki sifat kapasitif yang relatif rendah selain itu membran mencakup permukaan yang kecil secara terpisah. Berdasarkan parameter koefisien deterministik R 2 dan kesalahan, model baru menunjukkan kompatibilitas tertinggi. Model Hayden dan Zhang kurang cocok dibandingkan model baru. Berdasarkan model resistansi internal, semua resistansi memiliki nilai yang tinggi. Hal ini berhubungan dengan sifat resistif Jeruk Keprok Garut. Dalam jaringan tanaman, resistansi dari jalur ekstraseluler harus tinggi karena luas penampang lintasan elektron kecil dan konsentrasi ion pembawa rendah Harker dan Dunlop 1994. Buah jeruk termasuk buah non-klimakterik, tidak menunjukkan kenaikan respirasi yang disertai dengan perubahan rasa dan komposisi biokimia setelah dipanen Ladaniya 2008. Buah yang belum matang biasanya sangat asam dan memiliki tekstur internal yang kasar. Pada buah jeruk hal ini ditandai dengan peningkatan pH dan penurunan kekerasan. Hal ini disebabkan oleh adanya perubahan dalam komposisi dan proses hidrasi pada dinding sel Harker dan Dunlop 1994. Penurunan keasaman buah disertai dengan penurunan resistansi internal R 1 -R 4 dan peningkatan kapasitansi membran C 1 -C 3 . Penurunan resistansi internal buah berkaitan dengan peningkatan konsentrasi mobile ion di dinding sel maupun peningkatan luas penampang dinding sel. Resistansi sel dinding menurun selama kematangan buah dan penurunan ini terkait erat pula dengan perubahan tekstur buah. Secara grafik dapat dilihat bahwa peningkatan nilai kekerasan dari buah disertai dengan meningkatkan nilai resistansi internal dan penurunan nilai kapasitansi membran. Selama pematangan, perubahan yang besar dapat terjadi pada dinding sel, membran dan komposisi sel Bean et al. 1960. Semua perubahan ini akan mempengaruhi kapasitansi dari jaringan membran. Jika permeabilitas membran sitoplasma dipengaruhi sedemikian rupa oleh penghilangan polarisasi ion pada membran, maka perubahan besar akan terjadi pada kapasitansi. Dengan demikian, efek pada membran dan permukaan bisa menjadi penyebab utama pada perubahan resistansi dan impedansi listrik pada jeruk. Semua besaran parameter kelistrikan dibagi dengan parameter konpensasi berat. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa impedansi listrik, resistansi, reaktansi, kapasitansi, induktansi per berat, per volume, dan per diamter menunjukkan fenomena yang mirip yaitu mengalami penurunan ketika frekuensi ditingkatkan. Buah Jeruk Keprok Garut, secara umum, memiliki kemampuan penghantaran listrik yang lemah terutama pada frekuensi rendah. Tetapi, ketika frekuensi ditingkatkan kemampuan penghantarannya relatif meningkat. 141 Pada frekuensi rendah konduktivitas ionik memainkan peran utama, sedangkan konduktivitas ionik dan rotasi dipol dari air bebas berperan penting pada frekuensi gelombang mikro Ragni et al. 2007; Sosa-Morales et al. 2009. Untuk cairan murni dengan molekul polar, seperti alkohol atau air, dispersi polar mendominasi karakteristik frekuensi - sifat dielektrik dan model Debye dapat digunakan untuk menggambarkan perilaku ketergantungannya pada besarnya frekuensi Decareau 1985. Secara teoritis, untuk jaringan yang relatif seragam, jalur arus bolak-balik utamanya terletak pada jalur dinding sel karena impedansi membran yang sangat besar jika frekuensinya rendah. Reaktansi kapasitif dari membran secara bertahap menurun dengan meningkatnya frekuensi, penurunan reaktansi secara signifikan mempengaruhi impedansi total dan menyebabkan penurunan nilai impedansi dari jaringan ketika frekuensi naik di atas tingkat tertentu Wu et al. 2008; Bauchot et al. 2000; Harker dan Dunlop 1994. Euring et al. 2011 dan Pliquett 2010 menjelaskan bahwa daerah β-dispersion cukup menarik dalam pertimbangan struktur sel. Jika frekuensi di bagian atas dari wilayah dispersion yang dipilih, arus mengalir melalui sel. Jika frekuensi yang lebih rendah dipilih pada wilayah β-dispersion, arus ini hanya dapat mengalir melalui ruang ekstraseluler. Membran sel berperilaku seperti resistor listrik pada wilayah frekuensi ini Angersbach et al. 1999. Nilai resistansi bahan murni seharusnya tidak dipengaruhi oleh frekuensi, namun pada jeruk ternyata ada pengaruh frekuensi. Hal ini dimungkinkan bahwa resistivitas dari bahan ini memang terpengaruhi oleh frekuensi. Selain itu dimungkinkan akibat adanya skin effect. Fenomena skin effect dapat dijelaskan bahawa resistansi yang disebabkan arus dekat permukaan dan besarnya dipengaruhi oleh frekuensi arus AC Vorst et al. 2006. Nilai resistansi, impedansi, induktansi, dan reaktansi per berat buah menurun selama pematangan buah jeruk. Sedangkan kapasitansi per berat buah Jeruk Keprok Garut meningkat selama pematangan buah. Hal ini dibuktikan dengan adanya korelasi antara sifat listrik dan fisikokimia yang menandakan kematangan buah. Konsistensi tertinggi dari korelasi yang terjadi adalah pada frekuensi 1 MHz. Parameter listrik memiliki respon yang signifikan terhadap keasaman, kekerasan, dan indeks TSS keasaman buah Jeruk Keprok Garut. Kualitas buah diperkirakan dengan menggunakan persamaan regresi berganda dari parameter listrik. Nilai pH bisa diduga dengan baik secara regresi linier berganda dan regresi nonlinier berganda dalam bentuk persamaan logaritma parameter listriknya. Nilai rasio TSS konsentrasi ion hidrogen dapat diduga dengan baik secara regresi nonliner berganda dalam bentuk persaman logaritma dari semua parameternya. Karakteristik sifat listrik yang meliputi resistansi, reaktansi, impedansi, dan induktansi per massa buah berkorelasi baik dengan parameter keasaman, kekerasan, dan rasio kemanisan terhadap keasaman. Parameter kapasitansi memiliki korelasi yang kurang kuat terhadap parameter kualitas buah Jeruk Keprok Garut. Namun secara penggabungan parameter ini memberikan pendukungan terhadap pendugaan pH dan rasio kemanisan terhadap konsentrasi ion hidrogen. Pendugaan nilai pH buah jeruk diduga dengan regresi nonlinier berganda dalam bentuk persamaan logaritmiknya dikarenakan korelasi satu-satu secara 142 langsung menunjukkan bentuk yang eksponensial. Pendugaan terbaik adalah pada frekuensi 1 MHz. Pendugaan nilai [ ] buah jeruk hanya baik jika digunakan dengan pendekatan regresi nonlinier berganda dalam bentuk persamaan logaritmiknya. Pendugaan terbaik adalah pada frekuensi 1 MHz. Tingkat akurasi pendugaan data untuk frekuensi ini rata-rata cukup tinggi yaitu 97.95 untuk pH dengan pendugaan nonlinier dari kelompok satu impedansi, reaktansi dan resistansi dan 97.93 untuk pH dengan pendugaan nonlinier dari kelompok dua kapasitansi, reaktansi dan induktansi. Tingkat akurasi pendugaan data untuk yang linier juga tinggi yaitu 97.08 untuk kelompok satu dan 97.75 untuk kelompok dua. Begitu juga untuk rasio kemanisan terhadap keasaaman bisa dilihat akurasinya. Tingkat akurasi pendugaan data [ ] untuk frekuensi ini rata- rata yaitu 77.50 untuk pendugaan nonlinier dari kelompok satu impedansi, reaktansi dan resistansi dan 76.98 untuk kelompok dua. Berdasarkan hasil organoleptik, Jeruk Keprok Garut bisa dikelompokkan ke dalam tiga kelompok berdasarkan nilai pH dan ln{TPT[H + ]} yang diukur. Lebih lanjut lagi parameter pH dan ln{TPT[H + ]} hasil prediksi yang didapat dari parameter kelistrikan terutama resistansi, reaktansi, impedansi, kapasitansi dan induktansi per massa buah juga mampu menkelaskan buah Jeruk Keprok Garut ke dalam tiga kelas. Ketiga kelas tersebut adalah k elas A rasa “manis asam” dengan batasan nilai ln{TPT[H + ]} antara 11.76 sampai 14.39 dan nilai pH antara 4.18 sampai 5. 20. Kelas B rasa “asam manis “dengan batasan nilai ln{TPT[H + ]} antara 9.14 sampai 11.76 dan nilai pH antara 3.15 sampai 4.18. Kelas C rasa “asam” dengan batasan nilai ln{TPT[H + ]} kurang dari 9.14 dan pH kurang dari 3.15. Nilai akurasi untuk validasi organoleptik hasil parameter prediksi dari kelistrikan cukup tinggi, yaitu 91.94 untuk parameter pendugaan rasio kemanisan terhadap keasaman, dan 93.55 untuk pendugaan nilai pH. Selain itu uji statistik dengan uji t dapat memperkuat fakta ini.

BAB 8 KESIMPULAN UMUM DAN SARAN