Desain Penyerap Etilen Berbahan Nano Zeolit Kmno4 Sebagai Kemasan Aktif Untuk Penyimpanan Buah Klimakterik

DESAIN PENYERAP ETILEN BERBAHAN NANO ZEOLITKMnO4 SEBAGAI KEMASAN AKTIF UNTUK
PENYIMPANAN BUAH KLIMAKTERIK

SITI MARIANA WIDAYANTI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul: Desain penyerap
etilen berbahan nano zeolit-KMnO4 sebagai kemasan aktif untuk penyimpanan
buah klimakterikadalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2016

Siti Mariana Widayanti
NIM F 361110091

RINGKASAN

SITI MARIANA WIDAYANTI. Desain penyerap etilen berbahan nano zeolitKMnO4 sebagai kemasan aktif untuk penyimpanan buah klimakterik. Dibimbing
oleh: KHASWAR SYAMSU, ENDANG WARSIKI dan SRI YULIANI.
Pisang merupakan salah satu produk hortikultura yang menjadi salah satu
komoditas ekspor andalan Indonesia. Permasalahan yang sering dihadapi dalam
penanganan produk hortikultura adalah umur simpan yang pendek karena produk
hortikultura yang mudah rusak. Etilen yang merupakan hasil metabolisme produk
hortikultura khususnya buah, adalah salah satu senyawa yang memacu proses
kematangan buah sehingga buah berumur simpan terbatas. Keberadaan 0,1 ppm
etilen dapat mempengaruhi proses kematangan buah, sehingga keberadaan etilen
dalam proses penyimpanan buah perlu dikendaikan. Pemberian etilen adsorber
dalam penyimpanan buah merupakan salah satu upaya untuk memperpanjang
masa simpan buah.

Potassium permanganat (KMnO4)merupakan salah satu senyawa yang
sudah umum digunakan sebagai etilen adsorber. Senyawa ini bersifat toksik
sehingga dalam aplikasinya selalu diadsorbsikan dalam matriks tertentu seperti
clay, arang aktif, busa, batu bata dan lain-lain. Zeolit memiliki sifat fisiko-kimia
ideal sebagai adsorber, memiliki ikatan struktur utama Si-O dan Al-O yang
berbentuk tetrahedral dengan banyak rongga berupa pori. Pori-pori yang banyak
menjadikan zeolit sebagai material yang sangat porous sehingga sangat ideal
digunakan sebagai adsorber. Disamping itu, penggunaan zeolit dtidak terlepas
dari keberadaannya yang sangat melimpah di Indonesia, sehingga
mudah
diperoleh dan harganya sangat murah.
Tujuan umum dari penelitian ini adalah mengembangkan kemasan aktif
etilen adsorber berbahan KMnO4 yang teradsorb dalam zeolit berukuran nano
yang dapat memperpanjang masa simpan buah klimakterik, sedangkan tujuan
khususnya adalah (a) mendapatkan kondisi proses terbaik dalam pengecilan
ukuran zeolit alam dengan menggunakan planetary ball milling, (b)memperoleh
nano zeolit teraktivasi sebagai penyerap KMnO4(c) memperoleh nilai parameter
kinetika laju adsorbsi KMnO4 oleh nano zeolit, (d) memperoleh nilai parameter
laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang teradsorbsi dalam nano zeolit dan (e)
memperoleh teknik aplikasi nano zeolit KMnO4 dalam kemasan aktif yang

mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik.
Penelitian dibagi menjadi 3 tahap, perlakuan terbaik di setiap tahapan
penelitian akan digunakan untuk peneltian tahap selanjutnya. Semua tahapan
penelitian dilakukan pengulangan minimal 2 kali. Ahap pertama adalah proses
pengecilan ukuran partikel menggunakanplanetary ball mill
dengan
mengkombinasikan antara kecepatan putar chamber (300 rpm) dan lama waktu
penggilingan (20,40 dan 60 menit). Selanjutnya zeolit diaktivasi fisik berupa
pemanasan pada suhu (200, 400, 600, dan 800ºC) dan aktivasi kimia berupa
perendaman dalam larutan KOH selama 2, 24 dan 48 jam. Berikutnya dilakukan
pengujian untuk mengetahui kemampuan adsorbsi zeolit terhadap senyawa aktif
berupa KMnO4. Zeolit direndam dalam larutan jenuh KMnO4 selama 5,5 jam
dengan waktu pengamatan setiap 30 menit dengan menggunakan spektro

fotometer UV-vis. Nano zeolit-KMnO4 selanjutya dianalisa sengan menggunakan
spetrofotometer akustik (SFA) untuk mengetahui kemampuannya dalam
mengoksidasi etilen. Kapasitas nano zeolit-KMnO4 dalam mengoksidasi etilen
akan dijadikan basis dalam menentukan jumlah nano zeolit-KMnO4 yang perlu
ditambahkan pada setiap kemasan produk yang dikemas sehingga dapat
memperpanjang umur simpan produk.

Hasil penelitian meunjukkan bahwa waktu penggilingan serta kecepatan
putar chamber berpengaruh nyata terhadap ukuran partikel, serta sifat fisiko-kimia
zeolit alam asal Bayah. Semakin lama waktu penggilingan maka ukuran partikel
semakin kecil tetapi luas permukaan serta volume pori zeolit akan semakin turun
jika digiling lebih dari 40 menit. Di samping itu, semakin lama waktu
penggilingan akan menyebabkan persentase fraksi kristalin akan semakin turun,
hal ini sangat tidak dikehendaki terjadi untuk zeolit yang akan difungsikan sebagai
adsorber. Hasil terbaik dari tahap pertama penelitian ini adalah bahwa pengecilan
ukuran zeolit selama 40 menit dengan kecepatan putar chamber sebesar 300 rpm
menghasilkan luas permukaan serta volume pori terbesar dibanding perlakuan
lainnya, yaitu masing-masing sebesar sebesar 96,503 m2/g dan 0,1626 cc/g
Aktivasi fisik berupa kalsinasi pada suhu 400ºC selama 4 jam dan aktivasi
kimia menggunakan larutan KOH 1 N selama 2, 24 dan 48 jam ternyata mampu
meningkatkan kemampuan serap zeolit alam. Ini terlihat dari hasil analisa dengan
menggunakan XRD dan FTIR. Hasil pengamatan memperlihatkan bahwa ukuran
partikel dan lama waktu aktivasi tidak mempengaruhi secara nyata kecepatan
adsorbsi KMnO4 oleh nano zeolit. Pengaruh perlakuan diduga terjadi pada 30
menit pertama terhitung mulai nano-zeolit direndam dalam larutan jenuh KMnO4.
Model kinetika adsorbsi nano zeolit terhadap KMnO4ternyata mengikuti model
adsorbsi ordo dua semu. Model tersebut dapat digunakan untuk meprediksi

banyaknya bahan yang dapat diadsorbsi oleh adsorber pada proses perendaman
hingga t tertentu.
Hasil uji dengan menggunakan spektro fotoanalisis (SFA) diperoleh bahwa
kemampuan nano zeolit-KMnO4 dalam mengoksidasi etilen terbaik adalah
perlakuan penggilingan selama 40 menit dengan waktu aktivasi 2 jam, yaitu
sebesar 113 ppm etilen. Jika diasumsikan bahwa produksi etilen buah pisang
ambon seberat 1 kg adalah sekitar 360 ppm/ kg selama 8 hari penyimpanan maka
untuk dapat mengurangi kandungan gas etilen dalam suatu kemasan pisang ambon
selama 8 hari penyimpanan adalah sekitar 3 g nano zeolit-KMnO4.
Penelitian ini menghasilkan kebaharuan berupa parameter-parameter yang
mempengaruhi proses pengecilan ukuran partikel zeolit sehingga diperoleh nano
zeolit yang memiliki daya adsorbsi tinggi terhadap KMnO4 yang selanjutya dapat
berperan sebagai adsorber etilen dengan kemampuan oksidasi terhadap etilen
tinggi (113 ppm etilen/gram nan zeolit). Penggunaan nano zeolit-KMnO4 yang
dimasukkan ke dalam kemasan kertas selulosa dan disisipkan pada bagian dalam
atas kemasan buah pisang, mampu memperpanjang masa simpan buah simpan
hingga 23 hariatau 17 hari lebih lama dibandingkan kontrol.

Kata kunci : nano-zeolit, KMnO4, etilen, adsorber

SUMMARY
SITI MARIANA WIDAYANTI. Design of ethylene Adsorber with nano zeoliteKMnO4 as active packagingfor storage climacteric fruit. Supervised by:
KHASWAR SYAMSU, ENDANG WARSIKI and SRI YULIANI.
Banana is one of the horticultural products that become one of the main
export commodities of Indonesia. Some of these products have a high economic
value, both in domestic and international markets. The use of ethylene adsorber
for horticulture product packaging is an effort to maintain product quality.
Potassium permanganate (KMnO4)is commonly compounds used as
ethylene adsorber.These compounds are toxic so that the application is always
applied to a particular matrix that is generally in the form of a porous material
such as activated charcoal, clay, foam, brick and others. Selection of zeolite
material in this study is based on the physico-chemical properties of zeolites as
ideal material adsorber. Zeolites have Si-O and Al-O major structural bonding,
tetrahedral shaped, with many pores. Such pores makes zeolite material is very
porous and ideal to be used as adsorber. Additionally, zeolite is abundant in
Indonesia, easy to obtain and very cheap.
The general objective of this research was to develop ethylene adsorber
active packaging from KMnO4 that adsorbed in nano-zeolite to extend the shelf
life of climacteric fruits. The specific objectives were (a) to obtain the best
process condition in downsizing of zeolite particle size using planetary ball mill,

(b) to obtain the rate of adsorbtion kinetics parameter value of KMnO4 by nano
zeolites, (c) to obtain the value of the parameter rate of ethylene oxidation
reaction by KMnO4, (d) to obtain nano zeolite as KMnO4 adsorber and (e) to
obtain the application technique of nano zeolite-KMnO4 in active packaging to
extend the shelf life of climacteric fruits.
The study was conducted using selection method at each of treatment
stage. The best and selected treatment or combination has the best character as
expected. All research stages repeated at least twice. Particle size reduction
process was done using planetary ball mill by that combines chamber rotational
speed (300 rpm) and milling time (20,40 and 60 minutes). Furthermore, zeolite
was physical activated by heating at temperature (200, 400, 600, and 800C) and
chemical activation by immers in a solution of KOH for 2, 24 and 48 hours. Then,
tested to determine adsorption ability of zeolite as active compounds of KMnO4.
Zeolite was immersed in saturated solution of KMnO4 for 5.5 hours with
observation time of every 30 minutes by using a spectrophotometer UV-vis. Nano
zeolite-KMnO4 was analyzed using acoustic spectrophotometer (SFA) to
determine its ability to oxidize ethylene.
Longer milling process produced smaller particle size and reduced
crystalline fraction in zeolite. The surface area and pore volume of the zeolite
becomes smaller when the zeolite milled up to 40 minutes. BET analysis result

that the highest surface area and pore volume was obtained from zeolite milled for
40 minutes with a rotational speed of 300 rpm, namely 96.503 m2/g and 0.1626
cc/g respectively. Based on these finding, the best milling process was 40 minutes
with particle size of 560 nm.

Physical activation, namely calcinations at 400◦C for 4 hours and chemical
activation using KOH 1 N solution for 2, 24 and 48 hours were able to increase
the adsorption ability of natural zeolite. This is evident from the analysis results
using XRD and FTIR. Test for absorptive capability of nano zeolites was
performed by soaking activated zeolite in a saturated solution of KMnO4 for
approximately 5.5 hours. However, particle size and duration of the activation did
not affect significantly the speed of KMnO4 adsorption by nano zeolites. This was
apparent from the adsorption curve, which at t = 30 min, the adsorption rate look
constant for all treatments. All of nano zeolite adsorption models was follow
psedo order two of adsorption model, where the amount of absorbed materials at
a certain time can be predicted using quasi order two equation model with
confidential degree (R2) = 0.99 - 1.
Photo Acoustic Spectrophotometer (SFA) result that nano zeolites-KMnO4
were milled for 40 minutes and activated for 2 hours has the highest ability to
oxidize ethylene, namely 113 ppm/g. If, banana fruits ethylene production around

360 ppm/ kg for 8 days of storage and the absorption ability of nano zeolitesKMnO4 at 113 ppm/g, then 3 g of nano zeolite-KMnO4 powder is needed to
reduce the content of ethylene gas in an ambon banana packing.
Novelty from the research is namely parameters that affect downsizing
process of zeolite particle size to obtain nano-zeolites with high absorb ability that
can serve as ethylene-adsorber (113 ppm ethylene / gram nano zeolite). The use of
nano zeolite-KMnO4 inserted into cellulose paper packaging was able to extend
the shelf life of fruit up to 23 days or 17 days longer than the control.
Keywords: nano-zeolite, KMnO4, ethylene

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
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

DESAIN PENYERAP ETILEN BERBAHAN NANO ZEOLITKMnO4 SEBAGAI KEMASAN AKTIF UNTUK

PENYIMPANAN BUAH KLIMAKTERIK

SITI MARIANA WIDAYANTI

Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

Penguji luar komisipada Sidang Tertutup

:Prof Dr Ir Risfaheri, MSi
Dr Ir Emmy Darmawati, MSi

Pengujiluarkomisi pada Sidang Promosi

: Dr Ir Mat Syukur, MS
Dr Ir Emmy Darmawati, MSi

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wa ta’ala,
karena atas berkah dan rahmat-Nya penulisan disertasi untuk program Doktor
pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian, dengan judul “Disain penyerap
etilen berbahan nano zeolit-KMnO4sebagaikemasan aktif untuk penyimpanan
buah klimakterik“dapat diselesaikan pada waktunya. Untuk itu, perkenankan
penulis mengucapkan terima kasih kepada komisi pembimbing, yaitu: Bapak Prof
Dr IrKhaswar Syamsu, MSc(selaku ketua komisi pembimbing), Ibu Dr Endang
Warsiki, STP MSi dan Ibu Dr Ir Sri Yuliani,MT (selaku anggota komisi
pembimbing) atas bimbingan dan masukannya sehingga disertasi ini dapat
terselesaikan dengan baik.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Prof (R) Dr Ir
Risfaheri serta Ibu Dr Ir Emmy Darmawati, MSi yang bertindak sebagai penguji
luar komisi pada sidang tertutup, serta Dr Ir Mat Syukur, MS sebagai penguji luar
komisi pada sidang promosi, atas segala masukannya yang sangat berarti dalam
menyempurnakan disertasi ini.
Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
Bapak/Ibu dosen Program Studi Teknologi Industri Pertanian atas segala ilmu dan
pengetahuan yang diberikan selama masa perkuliahan, sehingga menjadi bekal
yang sangat berharga dalam penyusunan disertasi ini. Kepada Bapak Kepala
Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kementerian Pertanian dan
Bapak Kepala Balai Besar Pascapanen Pertanian, penulis ucapkan terima kasih
atas kesempatan tugas belajar dan bantuannya selama pelaksanaan studi di
Program Pascasarjana. Terima kasih yang tidak terhingga penulis haturkan kepada
kedua orang tua Bapak H. Suyatno Atmosudjono (alm) dan IbuHj. Siti Asiah
(almh), ibu mertua, suami beserta anak-anak tercinta, kakak serta adik, atas kasih
sayang, doa dan dukungannya yang tidak pernah putus. Tidak lupa juga
ucapanterima kasih yang tuluskepada teman-teman S-3 Program Studi TIP
angkatan 2011 atas kebersamaannya selama ini dan berbagai pihak yang telah
memberikan masukan selama penyusunan disertasi ini.
Mudah-mudahan hasil penelitian yang telah diperoleh ini membawa
manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan serta dapat menjadi bahan
masukan bagi penelitian-penelitian selanjutnya.
Bogor, Agustus2016

Siti Mariana Widayanti

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR

ix
x

1

PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
1.4 Manfaat
1.5 Ruang Lingkup
1.6 Tinjauan Kebaharuan
1.7 Sistematika Penulisan

1
1
4
4
5
5
5
6

2

TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Produk Hortikultura
2.2 Etilen
2.3 Potasium Permanganat
2.4 Nano Teknologi
2.5 Zeolite
2.6 Kemasan aktif
2.7 Indikator
2.8 Polimer Plastik LDPE
2.9 Adsorpsi

7
7
8
9
12
13
15
16
17
18

3

METODOLOGI
3.1 Pendekatan masalah
3.2 Waktu dan tempat penelitian
3.3 BahandanAlat
3.4 Kerangka penelitian
3.4.1 Metode pengecilan ukuran
3.4.2 Aktifasi fisik dan kimia
3.4.3 Pengamatan dan penyusunan model laju produksi etilen pisang
ambon
3.4.4 Pengembangan model laju adsorbsi KMnO4 pada nano zeolit
3.4.5 Pengembangan model laju oksidasi etilen oleh nano zeolitKMnO4
3.4.6 Pengamatan perubahan warna nano zeolit-KMnO4(peta warna)
3.4.7 Teknik aplikasi nano zeolit-KMnO4 pada permukaan kemasan
aktif untuk produk buah klimakterik
3.4.8 Aplikasi etilen adsorber pada kemasan buah pisang ambon

20
20
20
20
22
23
23
24
24
25
25
26
27

4

PENGARUH PENGECILAN UKURAN PARTIKEL ZEOLIT ALAM
TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA ZEOLIT
4.1 Pendahuluan
4.2 Metodologi
4.3 Hasil dan pembahasan
4.4 Simpulan dan saran

28
29
30
37

AKTIVASI DAN KINETIKA ADSORBSI-OKSIDASI NANO
ZOLIT- KMnO4
5.1 Pendahuluan
5.2 Metodologi
5.3 Hasil dan Pembahasan
5.4 Simpulan dan saran

38
40
43
53

NANO ZEOLIT-KMnO4 SEBAGAI PENYERAP ETILEN
DALAM KEMASAN AKTIF PRODUK HORTIKULTURA
(Musa Paradisiaca.)
6.1 Pendahuluan
6.2 Metodologi
6.3 Hasil dan pembahasan
6.4 Simpulan

54
56
58
66

7

PEMBAHASAN UMUM

67

8

SIMPULAN DAN SARAN

79

5

6

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

81
87
110

DAFTAR GAMBAR

.1
2.2
3.1
3.2
3.3
3.4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7

6.1
6.2
6.3
6.5

Grafik proses pematangan buah klimakterik yang dipengaruhi
7
oleh respirasi dan sintesa etilen
Mekanisme kerjakemasan aktif
15
Lokasi penambangan zeolit alam dan zeolit dengan berbagai
ukuran
21
Kerangkapenelitian
22
Diagram pembuatan nano-zeolite dengan Metode top-down
23
Peta warna standar masa simpan buah (ilustrasi)
26
Hubungan antara ukuran partikel zeolit dan waktu
31
penggilingan
Ukuran partikel kontrol (a) dan (b) ukuran partikel setelah
32
milling 60menit (Hasil PSA)
Hasil analisa SEM dengan Perbesaran 2000x pada Kontrol 33
(a), penggilingan 20 menit (b), penggilingan 40 menit (c) dan
penggilingan 60 menit (d)
Hubungan antara waktu penggilingan dengan total volume pori (a34
dan (b) luas permukaan pori
Hubungan waktu penggilingan dan diameter pori
35
Fraksi kristalin dan amorf partikel zeolit yang digiling
36
Skema Konfigurasi pengukuran daya adsorbsi zeolit terhadap
43
etilen
Unsur kimia utama pembentuk struktur zeolit alam Bayah
45
Pola adsorbsi zeolit teraktivasidalam larutan KMnO4 jenuh
46
Perubahan ikatan kimia struktur zeolit teraktivasi (FTIR)
47
Hubungan antara ln (qe – qt) dan t. zeolit yang digiling 20 49
menit dan 40 menit, diaktivasi 2 jam
Hubungan antara ln t/qt dan t. (a) zeolit yang digiling 20 50
menit dan (b) digiling 40 menit, masing-masing diaktivasi 2
jam
Hasil pengukuran Kapasitas Serap Beberapa Perlakuan 52
Zeolit Terhadap Etilen dengan menggunakan Spektro
Fotoakustik : (a) Kurva standar etilen (b) kapasitas serap
zeolit giling 40 menit aktifasi 2 jam
Profil produksi etilen rata-rata pisang Ambon dari 3 chamber 59
kaca
Profil pola oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4 dengan
kemampuan sebesar 113 ppm etilen /g zeolit
Peta warna menurut Munsell
61
Nano zeolit-KMnO4 sebelum (a) dan (b) sesudah terjadi 61
oksidasi dengan etilen

6.6

6.7

6.8
6.9
7.1
7.2
7.3
7.4

(a) Nano zeolit dengan PVA dengan konsentrasi yang
berbeda (blending), (b) nano zeolit yang ditebarkan pada
material berperekat (coating) (c) nano zeolit tableting dan (d)
nano zeolit dalam tea-bag selulosa (sacheting)
Penampakan permukaan nano zeolit ketika dicampur dengan
PVA. (a)
perbesaran 25x, (b) perbesaran 500x, (c)
perbesaran 2000x dan (d) perbesaran 10000x
(a) Pisang kontrol pada hari ke 6 dan (b)pisang dengan nano
zeolit-KMnO4 pada hari yang sama
(a) penyimpanan pisang hari ke-17 dan (b) kondisi pisang
pada hari ke-23
Pengamatan pola respirasi pisang dalam chamber
Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap : (a) total
volume pori, (b) diameter pori dan (c) luas permukaan
(a) Serbuk nano zeolit-KMnO4 sebelum mengoksidasi etilen
dan (b) nano zeolit-KMnO4 yang sudah mengoksidasi
Penyimpanan pisang ambon .(a) kontrol hari ke-0, (b) hari
ke-5, (c) hari ke-8, (d) hari ke-9 , (e) pisang dengan kemasan
aktif hari ke-0 dan (f) pisang berkemasan aktif berumur
simpan 23 hari

63

64

65
66
67
71
74
77

DAFTAR TABEL

2.1
2.2
2.3
4.1
4.2
5.1
5.2
5.3
6.1
6.2
7.1
7.2

Klasifikasi produk hortikultura berdasarkan laju produksi
etilen
Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai
oksidator etilen serta aneka bahan peyerap KMnO4
Penyerap etilen komersil yang telah dikembangkan
Pengaruh waktu penggilingan terhadap ukuran partikel zeolit
(Uji Duncan)
Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap fase kristalin
zeolit
Fase kristalin dan amorf pada zeolit Terkalsinasi
Hasil Perhitungan ordo satusemudari 2 perlakuan
Nilai qt hitung dan qt hasil penelitian
Hasil analisa proksimat pisang ambon
Perubahan warna pada nano zeolit-KMnO4
Pengaruh waktu penggilingan terhadap ukuran partikel zeolit
Pengaruh ukuran partikel zeolit terhadap struktur pori zeolit

9
11
14
32
36
44
49
51
58
60
68
70

DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.

Prosedur analisa XRD
Prosedur Analisa FTIR
Perhitungan Anova :Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap
fraksi kristalin zeolit
Pendugaan model persamaan produksi etilen pisang ambon
Model Persamaan daya oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4
Penurunan rumus kinetika ordo satu semu
Contoh perhitungan nilai qe, qt dan k1 pada model persamaan
ordo satu semu
Contoh perhitungan nilai qe, qt dan k1 pada model persamaan
ordo dua semu

88
90
91

Model persamaan kinetika ordo dua semu

100
109

Penampakan pisang yang dikemas dengan nano zeolit-KMnO4
selama 27 hari dan selanjutnya kemasan dibuka dan disimpan di
suhu ruang
Riwayat hidup

92
96
97
98
99

110

1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu strategi pembangunan di bidang pertanian tahun 2015-2019
adalah peningkatan daya saing produk pertanian melalui standarisasi produk dan
proses, peningkatan rantai pasok, mutu dan keamanan pangan (Kementan 2014).
Produk hortikultura termasuk kedalamnya buah-buahan tropis merupakan salah
satu komoditas ekspor andalan Indonesia yang beberapa diantaranya memiliki
nilai ekonomi yang cukup tinggi baik di pasaran lokal maupun internasional.
Namun demikian, sama halnya dengan semua produk-produk pertanian, buahbuahan tersebut memiliki umur simpan yang pendek pada penyimpanan suhu
ruang sehingga perlu penanganan yang benar agar tidak terjadi penurunan mutu
dan daya saingnya di pasaran.
Umur simpan yang pendek terjadi karena selama proses penyimpanan,
semua produk hortikultura termasuk buah-buahan akan mengalmi proses
perubahan sifat fisiko kimia yang meliputi peningkatan laju respirasi,
diproduksinya etilen, buah menjadi lunak serta terjadinya perubahan warna kulit
(Lizada 1993: Gomez-Lim 1997: Herrianus et al, 2003). Hal tersebut terjadi
karena terjadinya proses metabolisme pada sel yang merubah karbohidrat menjadi
gula sederhana, menurunnya kandungan asam organik, terbentuknya senyawasenyawa volatil serta penurunan tekanan turgor pada dinding sel yang
menyebabkan buah yang matang lebih lunak.
Pisang adalah salah satu buah tropis yang memiliki nilai ekonomi yang
cukup tinggi bahkan beberapa jenis diantaranya merupakan komoditas ekspor
andalan Indonesia. Data BPS mulai tahun 1995-2015 diketahui bahwa produksi
pisang di Indonesia adalah terbesar dibanding produksi buah lokal lainnya.
Sehingga sangat beralasan jika pisang merupakan buah yang paling banyak
dikonsumsi oleh penduduk Indonesia (Rusnas 2005). Namun seperti telah
dijelaskan pada bagian terdahulu, umur simpan pisang sangatlah pendek.
Penyimpanan pisang pada suhu ruang sekitar 27-28◦C hanya bertahan sekitar 7-8
hari saja (Basel et al. 2002;Decosta dan Erabadupitiya, 2005). Umur simpan
yang pendek sangatlah tidak menguntungkan bagi komoditas pertanian yang
memerlukan transportasi cukup lama untuk sampai ke konsumen, bahkan menjadi
kendala utama dalam ekspor buah-buahan Indonesia ke mancanegara.
Salah satu faktor penting terkait penyimpanan produk hortikultura adalah
diproduksinya gas etilen. Etilen adalah senyawa tidak berbau, dihasilkan oleh
buah dan sayuran ketika mengalami proses pematangan (Ponce et al. 2009). Pada
konsentrasi tertentu, (di atas 0,1 µl) etilen dapat mempengaruhi umur simpan buah
dan sayuran tersebut (Willa dan Warton 2000;Wills et al. 2001).Dengan kondisi
seperti ini, pengendalian kondisi penyimpanan telah menjadi salah satu pendorong
berkembangnya teknologi pengemasan. Teknologi kemasan aktif dan kemasan
cerdas merupakan beberapa contoh teknologi yang berkembang dan diharapkan
dapat mengatasi masalah dalam mengurangi kerusakan produk hortikultura
selama penyimpanan khususnya karena etilen.

2

Beberapa model teknologi kemasan
telah digunakan dalam upaya
memperpanjang umur simpan produk hortikultura, terutama yang terkait dengan
masalah laju respirasi serta produksi etilen dari produk, diantaranya teknologi
kemasan dengan teknik CAP/MAP (Devlieghere et al. 2001;Belcher 2006; Brody
2007), teknolologi kemasan aktif (Quintavalla 2002) dan kemasan cerdas (smart
packaging).Teknologi kemasan aktif adalah salah satu hasil dari berkembangnya
teknologi kemasan. Pada prinsipnya semua kemasan aktif memiliki bahan aktif
yang mampu menjaga mutu produk atau memperpanjang umur simpan, misalnya
potasium permanganat, zeolit, bentonit, kieselguhr,crystaline aluminosilicates
sebagai etilen absorber (Brody et al. 2001) dan 1-MCP, bakteriosin ( nisin)
sebagai antimikroba (Natrajan and Sheldon 2000), kelompok enzim seperti
glucose oxidase, (Fuglsang 1995), lactoperoxidase (Conner 1993) dan Lysozym
(Fuglsang 1995). Menurut Suppalkul et al. (2003) :Appendini dan Hotchkiss
(2002) dan Quintavalla (2002), kemasan aktif adalah salah satu bentuk kemasan
dimana antara produk, kemasan dan lingkungan di dalam kemasan secara aktif
berinteraksi sehingga dapat (1) memperpanjang umur simpan, (2)
mempertahankan sifat organoleptik bahan serta (3) menjamin keamanan kualitas
produk.
Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengurangi pengaruh negatif etilen
terhadap umur simpan produk hortikultura dalam kemasan. Choi et al. (2003)
dan Bailen et al. (2006) melakukan penelitian dengan menggunakan arang aktif
untuk menyerap etilen meskipun pada akhirnya etilen tidak sepenuhnya dapat
diserap. Penggunaan katalis untuk meningkatkan daya serap arang aktif juga telah
dilakukan oelh Conte et al. 1992; Maneerat et al. 2003), hal yang sama juga
dilakukan oleh Bailen et al. 2007 yang menggunakan arang aktif dengan paladium
sebagai katalisator dan memperlihatkan hasil yang lebih baik dibandingkan jika
hanya menggunakan arang aktif. Beberapa penelitian telah menggunakan
potasium permanganat (KMnO4) sebagai etilen adsorber, zester et al. (2014),
Sholihati (2006) serta Kavanag dan Wade (1987).
Potasium permanganant atau KMnO4 adalah salah satu oksidator kuat yang
sudah cukup banyak diteliti efektifitas dan kemampuannya dalam mengoksidasi
etilen. Menurut banyak penelitian, penggunaan KMnO4 sebagai oksidator etilen
akan lebih efektif jika berada dalam bentuk cairan yang selanjutnya dijerapkan
pada suatu material pengikat. Beberapa penelitian telah dilakukan dengan bahan
pengikat KMnO4 adalah tempurung kelapa (Sholihati 2006), clay (Zagory
1995), marl (Phatnibool et al. 2006) maupun zeolit (Amin dan Mitrayanan 2013).
Sedangkan penelitian mengenai efektivitas KMnO4 sebagai pengoksidasi etilen
telah banyak juga dilakukan, diantaranya Xue-Liu et al. (2006) melakukan
penelitian tentang penggunaan efektifitas KMnO4 yang digabung dengan sodium
metasilikat dan sodium aluminate untuk menyerap etilen. Penelitian sejenis juga
telah dilakukan oleh Wills et al . (2004) ; Rathore et al. (2009); Zewter et al.
(2012).
Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa salah satu
kendala dalam pembuatan etilen adsorber dengan menggunakan oksidator
KMnO4 adalah material pengadsorbnya. Beberapa bahan yang telah digunakan
diantaranya adalah arang aktif, sponge, silika gel, marl, tanah liat dan tempurung
kelapa. Bahan-bahan tersebut umumnya memiliki kemampuan adsorb yang
rendah sehingga dalam pengaplikasiaannya memerlukan jumlah yang banyak.

3

Sebagai ilustrasi adalah hasil penelitian yang dilakukan oleh Sholihati (2004),
untuk memperpanjang masa simpan buah pisang raja bulu yang diletakkan dalan
suatu kemasan 0,5 – 1 kg, memerlukan etilen adsorber sebanyak 30 g. Dengan
latar belakang tersebut perlu kiranya
dilakukan suatu penelitian yang
menghasilkan bahan penyerap KMnO4 yang lebih efisien dan efektif.
Salah satu bahan yang memiliki prospek yang baik untuk digunakan adalah
zeolit alam. Zeolit alam merupakan salah satu bahan galian non logam yang saat
ini penggunaaannya pada berbagai bidang industri serta pertanian semakin
berkembang. Hal ini tidak terlepas dari kemampuannya sebagai bahan penukar
kation, katalis dan adsorber. Khusus untuk kemampuannya yang tinggi dalam
mengadsorb suatu larutan atau gas, zeolit telah banyak juga digunakan sebagai
pengadsorb KMnO4. Hal ini tidak terlepas dari sifat fisiko-kimia zeolit yang
merupakan senyawa kristalin aluminosilikat yang mengandung banyak sekali
pori-pori dan rongga-rongga berskala molekular dengan rentang ukuran dari 3 Å
sampai 15 Å, oleh karena itu zeolit merupakan material yang sangat porous.
Untuk mengoptimalkan fungsi zeolit sebagai adsorber, maka dalam tahap
awal penelitian ini, zeolit akan dikecilkan ukurannya hingga berukuran di bawah
1 µm (nano meter). Penelitian mengenai pengecilan ukuran zeolit menjadi nano
zeolitpun masih sangat jarang dilakukan. Zeolit dengan ukuran nano partikel
diharapkan dapat meningkatkan kemampuan zeolit sebagai adsorber karena luas
permukaan serap zeolit akan meningkat sejalan dengan semakin kecilnya ukuran
partikel.Dalam ukuran partikel yang lebih kecil maka luas permukaan partikel
akan semakin tinggi, sehingga akan mempengaruhi sifat optik, katalitik serta sifat
bahan lainnya (Boccuni et al. 2008 ; Kahn 2006)
Ukuran partikel yang semakin kecil diharapkan kapasitas penyerap zeolit
akan semakin tinggi. Jika banyaknya larutan KMnO4 yang dapat diserap oleh
nano-zeolit semakin tinggi
maka akan berpengaruh langsung terhadap
kemampuannya dalam mengoksidasi etilen. Pada akhirnya, nano zeolit-KMnO4
sebagai etilen adsorber akan semakin efisien. Efisiensi dalam penggunaan zeolit
akan berdampak pada penggunaan zeolit yang semakin sedikit, sehingga dengan
demikian akan berimbas pula terhadap biaya pemakaian nano zeolit-KMnO4
sebagai etilen adsorber dalam suatu kemasan produk hortikultura.
Selain sebagai etilen adsorber, nano zeolit-KMnO4 diharapkan juga dapat
bertindak sebagai indikator masa simpan produk hortikultura. Ini dikarenakan
selama proses oksidasi dengan etilen, terjadi perubahan warna zeolit-KMnO4
yang pada awalnya berwarna ungu akan berubah menjadi coklat kehitaman
sejalan dengan tingkat oksidasi yang terjadi. Zeolit-KMnO4 akan berwarna coklathitam ketika seluruh KMnO4 yang teradsorb dalam zeolit berhasil mengoksidasi
etilen. Perubahan warna ini dikorelasikan dengan tingkat kematangan buah,
sehingga lamanya waktu simpan produk dapat diduga dengan melihat perubahan
warna zeolit yang terjadi. Hal ini menjadi nilai tambah tersendiri untuk
penggunaan nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber dan sekaligus sebagai
indikator masa simpan produk.

4

1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, perlu dilakukan proses pengembangan
penelitian untuk meningkatkan daya penyerap zeolit alam terhadap KMnO4.
Nano zeolit-KMnO4 tersebut
bertindak sebagai etilen adsorber dalam
pengemasan produk hortikultura khususnya buah-buahan klimakterik. Proses
pengembangan yang dapat dilakukan adalah untuk memecahkan masalah dalam
penggunaan bahan pengadsorb KMnO4 dalam hal ini zeolit alam, yang
selanjutnya dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Proses pengecilan ukuran zeolit hingga berukuran nanometer serta proses
aktivasi kimia/fisika perlu dilakukan untuk merubah sifat fisiko-kimia zeolit
menjadi material ideal untuk dijadikan etilen adsorber
2. Perubahan sifat fisiko-kimia zeolit yang terjadi selama proses pengecilan
ukuran partikel serta proses aktivasi belum diketahui
3. Pengaplikasian nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber dalam kemasan
produk hortikultura dilakukan dengan cara blending dengan resin PVA,
tableting dengan meggunakan nano selulosa sebagai bahan perekat, coating dan
sacheting (dikemas dalam kantong selulosa).

1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan umum dari penelitian ini adalah:
Mengembangkan kemasan aktif berbahan aktif KMnO4
memperpanjang umur simpan buah klimakterik.

yang

dapat

Tujuan khusus:
a. Memperoleh kondisi proses terbaik dalam pengecilan ukuran zeolit alam
dengan menggunakan planetary ball milling
b Memperoleh nano zeolitteraktivasi sebagai bahan penyerap KMnO4
c. Memperoleh nilai parameter kinetika laju penyerap KMnO4 oleh nano zeolit
d. Memperoleh nilai parameter laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang terserap
dalam nano zeolit
e. Memperoleh teknik aplikasi nano zeolit-KMnO4 sebagai penyerap etilen dalam
kemasan aktif yang mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik

5

1.4 Manfaat Penelitian
Kemasan aktif akan
mampu memperpanjang masa simpan dan
mempertahankan kualitas sensoris dari buah klimakteri. Dengan demikian akan
mengurangi losses produk hortikultura selama penyimpanan, hal ini merupakan
keuntungan secara ekonomi bagi pelaku agribisnis produk hortikultura, sekaligus
membuka peluang untuk mengembangkan industri kemasan aktif.

1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi:
1. Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis zeolit alam yang
berasal dari daerah Bayah-Banten.
2. Pengecilan ukuran zeolit dilakukan dengan menggunakan planetary ball
milling Retsch tipe PM 100. Bola yang digunakan adalah bola stainless-steel
berdiameter 10 mm sebanyak 50 buah.
3. Buah klimakterik yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah pisang
ambon yang berasal dari daerah Bogor

1.6 Tinjauan Kebaharuan

Penelitian ini memiliki nilai kebaharuan sebagai berikut:
1. Kondisi proses pengecilan ukuran zeolit dengan menggunakan planetary
ball milling
2. Aktivasi fisik dan kimia yang tepat untuk nano zeolit
3. Penggunaan nano zeolit teraktivasi sebagai penyerap KMnO4
4. Nilai parameter kinetika laju penyerapan KMnO4 oleh nano zeolit
5. Nilai parameter laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang terserap dalam
nano zeolit
6. Aplikasi nano zeolit-KMnO4 sebagai penyerap etilen dalam kemasan aktif
yang mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik

6

1.7 Sistematika Penulisan

Disertasi ini tersusun atas 8 bab. Bab 1 merupakan pendahuluan, bab 2
tinjauan pustaka, bab 3 adalah metodologi, bab 4, 5 dan 6 adalah bab-bab yang
berisi tahap-tahap penelitian yang menggambarkan proses penelitian dari awal
hingga akhir yang ditulis menggunakan format jurnal. Bab 7 merupakan
pembahasan umum dan Bab 8 berupa simpulan dan saran.
Bab 1 PENDAHULUAN merupakan latar belakang dari penelitian yang
dilakukan. Pada bab ini juga terdapat perumusan masalah yang berisi upayaupaya yang dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian. Dalam bab ini pun
terdapat tujuan dilakukannya penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup, serta
tinjauan kebaharuan.
Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA, berisi kajian pustaka serta teori –teori
mengenai pengetahuan bahan atau material yang dapat dapat digunakan sebagai
etilen adsorber serta penelitian-penelitian terdahulu terkait etilen adsorber pada
produk hortikultura yang diaplikasikan pada kemasan. BAB 3 METODOLOGI,
berisi diagram alir kerangka penelitian, bahan baku utama penelitian, alat-alat
laboratorium yang digunakan, serta metodologi penelitian yang digunakan untuk
mengevaluasi parameter-parameter yang berpengaruh dalam proses penelitian
Bab 4 PENGARUH PENGECILAN UKURAN PARTIKEL ZEOLIT ALAM
BAYAH TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA ZEOLIT ,berisi bahasan tentang
pengaruh pengecilan ukuran zeolit serta pengaruhnya terhadap sifat fisik dan
kimia zeolit yang diduga memberikan pengaruh terhadap sifat zeolit selanjutnya,
terutama yang berhubungan dengan kemampuan serap zeolit. Bab 5 AKTIVASI
DAN KINETIKA PENYERAP-OKSIDASI NANO ZEOLIT-KMnO4,
penyusunan model kinetika penyerap nano zeolit terhadap KMnO4 serta mengkaji
dan memodelkan laju oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4.
Bab 6 NANO-ZEOLIT KMnO4 SEBAGAI
PENYERAP ETILEN
DALAM KEMASAN AKTIF PRODUK HORTIKULTURA ( Musa
Paradisiaca.), berisi ulasan mengenai laju respirasi produksi etilen dari produk
hortikultura (pisang ambon) dikaitkan dengan laju penyerapan etilen oleh nanozeolit-KMnO4 serta uji kemampuan nano zeolit-KMnO4 dalam memperpanjang
umur simpan buah pisang ambon.
BAB 7 PEMBAHASAN UMUM, merupakan bab yang akan merangkum
keseluruhan perlakuan. Pembahasan umum diawali dengan penjelasan tentang
gas etilen yang dihasilkan oleh hampir semua produk hortikultura, dimana
keberadaan gas tersebut akan menentukan umur simpan produk itu sendiri.
Penggunaan etilen adsorber diharapkan dapat mengurangi akumulasi gas etilen
dalam kemasan sehingga umur produk hortikultura dapat disimpan lebih lama.
Terakhir adalah Bab 8 berupa SIMPULAN DAN SARAN, yang akan memuat
kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran berupa tindak lanjut
hasil penelitian.

7

2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Produk hortikultura
Dalam Riset Unggulan Strategis Nasional (Rusnas) Tahun 2005
dinyatakan bahwa pisang merupakan salah buah yang paling banyak dikonsumsi
oleh penduduk Indonesia dibandingkan buah lokal lainnya. Hal ini diduga selain
karena kandungan gizinya, harganya yang terjangkau juga diduga berkaitan erat
dengan produksi pisang Indonesia yang menurut data BPS sejak tahun 1995-2015
selalu menempati tempat terbesar dibanding produksi buah lainnya seperti
mangga, jeruk, nenas dan rambutan. Adapun produksi buah pisang pada tahun
2015 adalah sebesar 6.189.052 ton. Hal ini pula yang melatarbelakangi
Kementerian Pertanian menetapkan pisang sebagai salah satu buah unggulan
nasional yang diharapkan dapat menjadi kontributor dan pendorong peningkatan
kesejahteraan dan perekonomian nasional.
Pisang termasuk ke dalam kelompok buah klimaterik yang memiliki sifat
mudah rusak dan umur simpan yang tidak terlalu lama pada suhu kamar, sehingga
jika tidak ditangani dengan benar dan cepat akan menurunkan mutu dan
berpotensi merugikan petani dan pelaku usaha lainnya. Buah pisang merupakan
salah satu buah klimakterik yang sangat mudah rusak dan memiliki umur simpan
yang sangat pendek sehinggga losses pascapanennya sangat tinggi (Basel et al.
2002; Decosta dan Erabadupitiya 2005)..
Proses pematangan buah khususnya buah klimakterik ditandai dengan
semakin tingginya laju respirasi buah,seperti dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Grafik proses pematangan buah klimakterik yang dipengaruhi
oleh respirasi dan sintesa etilen (Pantastico 1989)

8

Etilen (C2H4) adalah salah satu gas yang dihasilkan oleh buah selama
melakukan respirasi, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Konsentrasi etilen untuk
buah-buah klimakterik akan terus meningkat sejalan dengan proses kematangan
buah. Pada saat buah mencapai masak optimal (klimakterik) produksi etilen
mencapai maksimum. Setelah fase klimakterik produksi etilen akan menurun
hingga buah menjadi rusak (over ripe).

2.2 Etilen
Etilen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang dihasilkan oleh
tanaman atau buah selama periode pematangan.Penelitian tentang etilen telah
mulai dilakukan mulai dekade 1920-an dan setelahnya terus diteliti tentang
pengaruhnya dan perannya sebagai autokatalis terhadap penurunan kualitas buahbuahan dan sayuran segar selama penyimpananAbede et al. 1992. Etilan adalah
senyawa yang pada konsentrasi sekitar 0,1 ppm telah dapat mempengaruhi daya
simpan buah dan sayuran segar (Saltveit 1999), sehingga sangatlah penting
menjaga kadar etilen tetap rendah agar umur simpan produk buah-buahan menjadi
lebih panjang (Anjichi et al. 2005).Produksi etilen selain disebabkan oleh proses
alami yang terjadi pada buah atau sayuran ketika pematangan , namun dapat
dipicu oleh stress yang dialami oleh produk, seperti terjadinya chilling injury dan
terjadinya pelukaan produk akibat benturan ataupun penganan pascapanen yang
tidak tepat(Wang 1990 ; Abeles et al. 1992).
Produksi etilen pada buah berbeda saat fase pre klimakterik dan
klimakterik.Pengamatan terhadap laju produksi etilen buah manggis, pisang dan
alpukatmemperlihatkan hasil yang beragam (Swadianto 2010; Nurfaidah 2007 ;
Sholihati 2004). Laju produksi etilen saat buah pada fase klimakterik akan lebih
rendah jika dibandingkan dengan laju pada saat buah mencapai fase klimakterik.
Pisang dan alpukat memiliki laju respirasi yang hampir sama yaitu 0,5-1
ppm/kg/jam. Pada fase klimakterik mencapai 300-600 ppm/kg/jam (Nurfaidah
2007). Buah manggis memiliki laju produksi etilen pada saat pre- klimakterik
sebesar 54,56 ppm/kg/jamsedangkan pada puncak klimakterik, laju produksi
etilen yang dihasilkan adalah sebesar 247,29 ppm/kg/jam (Swadianto 2010).
Peningkatan konsentrasi gas CO2 bersamaan dengan terbentuknya
etilen(Pantastico 1989), seperti
Gambar
2.1, sedangkan Tabel 2.1
memperlihatkan laju produksi etilen dari masing-masing kelompok buah yang
dikelompokkan berdasarkan kecepatan laju respirasinya yaitu sangat rendah,
rendah, medium, tinggi dan sangat tinggi.

9

Tabel 2.1 Klasifikasi produk hortikultura berdasarkan laju produksi etilen
Kelas
Laju Produksi Etilen
Komoditas
(µl C2H4/kg-jam)
Sangat rendah
100
Markisa
Sumber: Kader (1992)

2.3 Potasium Permanganat (KMNO4)
Kalium atau potasium permanganat adalah senyawa kimia anorganik yang
merupakan oksidator kuat, oleh karenanya KMnO4 dapat dijadikan salah satu
bahan yang dapat digunakan untuk mengoksidasi etilen.Etilen dapat dioksidasi
oleh kalium permanganat menjadi mangandioksida, kalium hidroksida, dan
karbondioksida (Ahvenainen 2003). Reaksi pemecahan etilen oleh kalium
permanganat dapat dilihat dari persamaan berikut:
�

etilen

+

���� − − − −→

potasium permanganat

���

+

��� +

�

mangan oksida kalium hidroksida karbondioksida

Dalam aplikasinya, KMNO4 akan lebih efektif jika dibuat menjadi larutan
dan selanjutnya ditambahkan bahan atau media penyerap KMNO4 yang umumnya
berupa karbon aktif, vermikulit, pelet alumina, zeolite, zirconia, lempung, silica,
dan alumunium (Ahvenain 2003). Bahan penyerap komersial, umumnya
mengandung KMnO4 sekitar 4-6%.
Selama proses penggunaannya, KMNO4 akan mengalami perubahan warna.
Perubahan warna tersebut mengindikasikan kapasitas penyerapan yang tersisa.
KMnO4 akan berwarna ungu dan berubah menjadi coklat ketikan daya serapnya
menurun,hal ini terjadi karena oksidasi antara KMNO4 dengan etilen, salah
satunya akan menjadi MnO2 yang akan menempel dan menutup permukaan bahan
penyerap sehingga etilen sudah tidak dapat diserap lagi (Ahvenain 2003).
Hingga saat ini, KMnO4 masih dianggap sebagai etilen adsorber yang
paling banyak digunakan di seluruh dunia. Banyak penelitian-penelitian yang
telah dilakukan yang bertujuan untuk memperpanjang umur simpan produk
hortikultura, baik berupa buah-buahan maupun sayuran menggunakan KMnO4
sebagai bahan aktifnya. Zhen-Xue Liu et al. (2006) melakukan penelitian terkait
bahan pendukung KMnO4 dengan menggunakan natrium metasilicate dan natrium
aluminate, dan menemukan bahwa kapasitas adsorpsi tidak hanya berhubungan
dengan KMnO4 tetapi juga rasio Si/Al molar dan proses yang digunakan untuk

10

pendukung. Saira Ishak et al. (2009); Pichaya Boonprasom et al. (2008)
melakukan penelitian terhadap umur simpan buah aprikot dan mangga terkait
dengan jumlah etilen yang berhasil diserap oleh KMnO4 selama penyimpanan.
Penelitian yang relatif baru dilakukan oleh Khosravi (2013) yang mencoba
memblending nano KMnO4 dengan resin LDPE (Low Density Polyethylene) .
Disebutkan bahwa penambahan KMnO4 pada LDPE mempengaruhi sifat thermal,
mekanik dan barieer dari plastik yang dihasilkan. Penggunaannya pada buah
pisang, berhasil menunda kematangan buah pisang dibandingkan jika pisang
dikemas dengan plastik LDPE. Penelitian-penelitian tersebut membuktikan
bahwa KMnO4 merupakan bahan yang cukup berhasil dalam mempertahankan
umur simpan produk-produk hortikultura yaitu dengan cara mengoksidasi gas
etilen yang dihasilkan oleh produk selama proses penyimpanan.
Senyawa lain yang memiliki fungsi sama dengan KMnO4 yaitu sebagai zat
yang dapat menunda kematangan buah-buahan dintaranya adalah nama 1methylcyclopropene yang pertama kali disintesa oleh Magid et al. (1971). 1-MCP
( 1-methylcyclopropene) memiliki rumus kimia C4H6, dan mempunyai cara
kerja yang sedikit berbeda dengan KMnO4. Zat ini mencegah kerja reseptor
yang memproduksi etilen (Sisler dan Serek 2003). Namun hingga saat ini
penggunaan 1-MCP belum sebanyak KMnO4. Meskipun dibeberapa negara
telah ada kemasan aktif anti etilen yang sudah dikomersialkan seperti ProFresh,
Everfresh/Oya-Stone, dan Dunapack/Frisspack (Brody et al. 2001).
Beberapa penelitian juga telah dilakukan dengan menggunakan 1-MCP
sebagai bahan anti etilen. Penggunaan kombinasi perlakuan antara 1-MCP
dengan penggunaan kemasan LDPE untuk mengemas buah mangga (Jiang dan
Joyce 2000) dan penelitian yang mengkombinasikan penggunaan 1-MCP
dengan KMnO4 yang dicoating dengan nano zeolit(Sardabi et al. 2013). Kedua
penelitian menyimpulkan bahwa penggunaan 1-MCP berhasil memperpanjang
umur simpan baik mangga maupun apel masing-masing selama 30 hari dan 5
bulan.

11

Tabel 2.2 Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai oksidator etilen
serta aneka bahan penjerap KMnO4
No.
1.

Judul dan Peneliti
Efficacy of potassium permanganate
impregnated into alumina beads to
reduce atmospheric ethylene.
Wills RBH dan Warton MA. 2004

2.

Kajian penggunaaan bahan penyerap
etilen kalium permanganat untuk
memperpanjang umur simpan pisang
raja (Musa Paradisiaca var. Sapientum
L.). Tesis. IPB.
Sholihati. 2004

3.

Kajian penggunaan sistem kemasan
aktif
penyerap
etilen
untuk
memperpanjang masa simpan buah
alpukat (persea americana Mill).
Nurfaidah AR. 2007

Menguji kemampuan silika gel
yang sudah direndam larutan
KMnO4 dalam menyerap etilen
dan memperpanjang masa simpan
buah alpukat

4.

Production of Ethylene Absorber for
Extending Postharvest Life of Mango
cv. Nam Dok Mai
Pichaya B, Pornchai R dan Wutthirat
P. 2008

Menguji pengaruh penggunaan
marl sebagai bahan penjerap
KMnO4 dibandingkan dengan
etilen absorber komersial

5.

Potassium permanganate effects in
postharvest conservation of the papaya
cultivar Sunrise Golden
Danieele FPS et al . 2009

Mengetahui pengaruh KMnO4
dalam memperpanjang umur
simpan
buah
sun
rise
goldenpepaya

6.

Influence of Post Harvest Calcium
Chloride Application, Ethylene
Absorbent and Modified Atmosphere
on Quality Characteristics and Shelf
Life of Apricot (Prunus armeniaca L.)
Fruit During Storage
Saira I, Habib AR, Tariq M dan Sartaj
A. 2009
Effect of 1-methylcyclopropene,
potassium permanganate and
packaging on quality of banana
Zewter KW dan Workneh TS. 2012

Mengkaji penggunaan CaCl2 dan
KMnO4 dalam memperpanjang
umur simpan buah aprikot

7.

Kajian
Menguji
kemampuan
butir
alumina yang mengandung 4%
KMnO4
dalam
mengurangi
kandungan etilen dalam suatu
ruang
Mengkaji penggunaan arang aktif
dari tempurung kelapa sebagai
bahan pengikat KMnO4 dan
efektifitasnya dalam menyerap
etilen

Mengkaji penggunaan beberapa
bahan pengemas dikombinasikan
dengan penggunaan 1-MCP dan
KMnO4 dalam memperpanjang
umur simpan buah pisan

12

Tabel 2.2 Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai oksidator
etilen serta aneka bahan penjerap KMnO4
No.
Judul dan Peneliti
8.
The effects of 1-methylcyclopropen (1mcp) and Potassium permanganate
coated zeolite Nanoparticles on shelf
life extension and qualityLoss of golden
delicious apples.
Fatemeh S, Javad M, Forough S dan
Ali AJ. 2013
9.
Thermal, Dynamic Mechanical, and
Barrier Studies of Potassium
Permanganate-LDPE
Nanocomposites.Rahim K, Seyed AH,
Seyed AS dan Amir A R. 2013

Kajian
Menguji masa simpan buah apel
yang diberi perlakuan 1-MCP
dan KMnO4 dalam nano zeolite

Pembuatan kemasan komposit
antara LDPE dan nano KMnO4
untuk plastik kemasan buah

Dari Tabel 2.2 terlihat bahwa penelitian-peneltian terkait penggunaan zeolit
sebagai bahan pengadsorb KMnO4 masih sangat terbatas sehingga potensi serta
karakteristik zeolit masih harus terus dikajiterutama terhadap sifat porous serta
ikatan kimia struktur pembentuk zeolit yang menjadikan zeolit sebagai material
ideal untuk dijadikan bahan pengadsorb KMnO4.

2.4 Nano Teknologi
Tahun 1959, Feynman memperkenalkan konsep nanoteknologi pertama kali
pada pertemuan para ahli fisika se-Amerika (Khamdemhossini dan Lange 2006).
Sejak saat itu nanoteknologi mulai berkembang. Nanoteknologi merupakan suatu
teknologi pembentukan bahan fungsional dan sistem yang didasarkan pada
pengaturan skala atau ukuran yang diperoleh melalui pemanfaatan fenomena
umum secara fisika, kimia, serta biologi (Park 2007). Selanjutnya, material
berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul
dari material berukuran besar, selain itu material dengan ukuran nanometer
memiliki sifat yang dapat diubah-ubah melalui pengontrolan ukuran material,
pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi
antar partikel(Roco 2003; Lead 2007).
Penggunaan KMnO4 sebagai etilen absorber yang dikombinasikan dengan
bahan pembawa seperti zeolit atau arang aktif dalam ukuran nano belum banyak
dilakukan, hal ini berbeda dengan penggunaan KMnO4 dalam bentuk larutan yang
terserap dalam bahan pembawa yang sudah banyak dilakukan, diantaranya adalah
yang dilakukan oleh Abe (1999), Sholihati (2004), Boonprason et al. (2008) dan
Ishak (2009), yang masing-masing menggunakan KMnO4 untuk memperpanjang
umur simpan serta mempertahankan kualitas sensoris dari brokoli, bayam, buah
pisang raja bulu, mangga Nam Dok Mai dan Aprikot. Secara umum, penelitianpenelitian tersebut menyimpulkan bahw