Pemodelan konsentrasi gas pada pengemasan tertutup jamur tiram (Pleurotus ostreatus ) segar.

Jurnal Agrotekno
Volume 17, No 2, Agustus 2015
ISSN 2088-6497

Pemodelan konsentrasi gas pada pengemasan tertutup jamur tiram (Pleurotus ostreatus ) segar
Korespondensi penulis: hp. +62 8174767372
e-mail: ardagede@gmail.com

27

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

ISSN 2088-6497

Gases concentration modeling of closed packaging of fresh Oyster mushrooms (Pleurotus ostreatus )
Gede Arda1, P.K. Diah Kencana1
1

Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana

INFO ARTIKEL: diterima 10 Agustus 2015;disetujui 30 Agustus 2015

Abstract
The aim of this research was to obtain the mathematical model of head space s concentration of oxygen and
carbon dioxide of fresh oyster mushrooms on three storage temperatures that was 5 oC, 15oC and room
temperature. The gases concentration profile was obtained through simulating the storage model which is built
by combining the respiration and diffusion through permeable medium model. Michaelis-menten model was
applied to build respiration model and Fick s Law to construct diffusion model. Data analysis resulted that
Michaelis-Menten model was better to model the respiration rate of Oyster Mushrooms than initial model had
proposed that was Michaelis-Menten Uncompetitive. Simulation also indicated that combination model of
Michaelis-Menten and Fick s Law able to predict the head space s gas concentration of Osyter Mushroom
Keywords: Michaelis-Menten model, respiration model, Fick s Law, Oyster mushroom

Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh model matematis konsentrasi gas oksigen dan karbon
dioksida dari ruang kosong disekitar jamur tiram pada penyimpanan bersuhu 5 oC, 10oC dan suhu ruang. Profil
konsenterasi gas diperoleh melalui simulasi model yang dibentuk dengan menggabungkan model respirasi dan
difusi melalui medium permeable. Model Michaelis-Menten digunakan untuk membangun model respirasi dan
hukum difusi Fick untuk menyusun model difusinya. Hasil analisis data menghasilkan bahwa model MichaelisMenten lebih baik digunakan untuk memodelkan laju respirasi dari jamur Tiram dibandingkan dengan model
awal yang direncanakan yaitu model Michaelis-Menten Uncompetitive. Hasil simulasi juga mengindikasikan
bahwa kombinasi model Michaelis-Menten dan Hukum Fick dapat memprediksi konsentrasi gas ruang kosong

disekitar jamur tiram.
Kata kunci : Model Michaelis-Menten, model respirasi, hukum Fick, jamur Tiram

PENDAHULUAN
Penanganan komoditas sayuran mengalami banyak
kendala karena sayuran bersifat sangat ringkih,
mempunyai umur simpan yang relative singkat
(Utama,dkk 2009). Sayuran mempunyai laju res-pirasi
yang tinggi, juga dengan mudah kehilang-an air yang
dikandungnya sehingga meng-akibatkan kehilangan
kesegaran dengan cepat pula. Laju respirasi
mengakibatkan kehilangan nutrisi dan kehilangan
kandungan air meng-akibatkan kehilangan massa.
Kehilangan massa sebesar 5% pada sayuran cukup
untuk mengurangi penampilan sehingga menjadi
tidak layak jual (Kader, 2002). Laju kehilangan ini
sangat tergantung pada sistem pengemasan dan
penyimpanan yang diterapkan. Faktor terpenting
dalam penyimpanan sayuran segar adalah suhu
penyimpanan. Suhu mampu menekan atau juga

sebaliknya memicu laju respirasi. Reaksi kimia yang
terjadi di dalam jaringan merupakan reaksi enzimatis
dimana enzim berperan sebagai katalisator (Sun,
2002). Kinerja enzim dipengaruhi oleh beberapa
faktor diantaranya suhu reaksi, pH, serta konsentrasi
enzim. Menurunkan suhu sampai titik tertentu mampu
menekan aktivitas enzim sehingga reaksi yang
berlangsung juga melambat. Namun suhu tersebut
29-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

harus di atas suhu yang mengakibatkan enzim menjadi
tidak aktif (Bisswanger, 2008). Faktor lain yang
memengaruhi laju respirasi komoditas segar adalah
komposisi gas di sekitar produk (Fronseca, 2002).
Komposisi gas oksigen yang rendah meng-akibatkan
difusi oksigen ke dalam sel menjadi terbatas sehingga
membatasi juga substrat untuk reaksi dalam proses
respirasi. Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi
pada sisi yang lain menekan difusi gas CO2 keluar sel
sehingga menjadi inhibitor (penghambat) reaksi

respirasi. Enzim juga akan mengalami penurunan
kemampuannya karena terjadi penurunan pH larutan
dalam sel akibat CO2 yang larut ke dalam cairan sel
pada suhu rendah (Brandenburg and Devon, 2009)
Dengan demikian komposisi oksigen yang rendah
dan gas karbon dioksida yang tinggi memengaruhi
laju respirasi. Setiap komoditas mempunyai
kebutuhan konsen-trasi gas yang berbeda-beda
sehingga dapat disimpan dalam jangka waktu yang
lebih lama. Jamur tiram biasanya diperdagangkan
dalam kemasan. Untuk itu, penelitian ini ditujukan
untuk mengkaji profil komposisi gas di dalam head
space pengemas yang menggunakan plastik Poly
Ethylen 0.3 mm dan memperoleh model komposisi
gas O2 dan CO2 pada penyimpanan dengan
menggunakan plastik yang sama. Model yang

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

dibentuk meng-integrasikan faktor komposisi gas dan

suhu penyimpanan. Dari model yang diperoleh dapat
dijadikan pedoman bagi rekayasa pengemas yang
tepat sehingga komposisi gas di dalam head space
memenuhi kebutuhan komoditi yang disimpan.
Identifikasi sistem model
Model yang akan dimodelkan adalah sesuai dengan
skema pada Gambar 1. Jamur tiram mengkonsumsi
oksigen yang tersedia di dalam ruang kosong (head
space) dan memproduksi gas CO2. Respirasi
mengubah komposisi gas di dalam head space.
Perubahan komposisi ini memicu terjadinya difusi gas
melalui pengemas plastik. Akumulasi gas [O2]t dan
[CO2]t adalah konsentrasi konsentrasi gas yang tersisa
selama difusi dalam rentang waktu tertentu. Dengan
demikian model komposisi gas merupakan gabungan
dari model laju respirasi dan model difusi melalui
bahan permeabel.
Lingkungan
Luar

[CO2]O [O2]O
difusi
gas

[CO2]i [O2]i
Produksi
CO2

Plastik PE
0.3 [CO2]t
[O2]t
Konsumsi
O2

Gambar 1. Skema sistem pemodelan

METODE
Pengukuran perubahan komposisi gas di dalam ruang
penyimpanan digunakan Combination Combustible
Gas/Oxygen/Toxic Gas Detector Model XPO-317

Cosmotector, New Cosmos Electric Co.Ltd dan
Combination
Combustible
Detector,
model
Cosmotector XP-314, New Cosmos Electric Co.,Ltd.
Sedangkan suhu diguna-kan Thermohygrometer,
Model SK-90TRH (SK Sato Keiryoki MFG.Co.Ltd.
Japan). Jamur tiram diperoleh dari petani lokal di
daerah Cangkringan dan dikumpulkan setiap hari oleh
UD. Agro Mandiri, Yogyakarta. Bahan pengemas
yang digunakan adalah plastik PE 0.3 mm. Prinsip
kerja dari penelitian ini adalah mengukur konsen-trasi
gas O2 dan CO2 setiap saat ([O2]t dan [CO2]t) pada
penyimpanan jamur tiram tertutup tanpa membuka
tutup toples secara periodik. Data yang diperoleh
kemudian dianalisis menggunakan regresi linier untuk
memperoleh parameter model Michaelis-Menten yaitu
Vmax, Km dan K1. Parameter Vmax, adalah laju respirasi
maksimal pada saat subtrat (O2) melimpah, Km adalah

konstanta disosiasi enzim atau konsentrasi substrat
(O2) ketika nilai Vmax sebesar 0,5Vmax, serta K1 adalah
konstanta inhibisi oleh inhibitor dalam hal ini
29-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

ISSN 2088-6497

konsentrasi gas CO2. Linierisasi terhadap persama-an
Michaelis-Menten
Uncompetitive
dilakukan
menggunakan metode Double-Reciprocal (Burg-Lineweaver) seperti pada persamaan-(1).
(1)
Parameter model yang diperoleh dimasukkan ke
dalam model enzimatis Michaelis-Menten Uncompetitive seperti pada persamaan (2).
(2)
dimana nilai

.

Persamaan (2) merupakan persamaan laju respirasi
pada berbagai komposisi gas O2 dan CO2. Variable v
adalah laju respirasi (ml/kg.jam) dan [O2],[CO2]
masing-masing adalah konsentrasi oksigen dan karbon
dioksida. Akumulasi gas ditentukkan dengan
menggabungkan model difusi (Hukum Fick) gas pada
bahan permeabel seperti pada persamaan (3).
(3)
adalah perubahan konsentrasi gas i(ml), Di
adalah
permeabilitas
bahan
pengemas
2
adalah tekanan parsial
(ml.µm/cm .jam.kPa) dan
gas i yang lebih tinggi. Nilai adalah tekanan parsial
gas i di lingkungan luar apabila i adalah gas oksigen
dan sebaliknya adalah tekanan gas parsial di dalam
ruang penyimpanan apabila i adalah gas karbon

dioksida. Pengaruh suhu terhadap parameter model
dapat diintegrasikan ke dalam model dengan
menggunakan model persamaan Arrhenius pada setiap
parameter model yang diperoleh seperti pada
persamaan (4).
(4)
X(T) dan X(Tref) masing-masing adalah nilai
parameter model pada suhu T (K) dan suhu acuan, E
adalah energi aktivasi (kJ/kmol), R adalah ketetapan
gas universal 8.31447 (kJ/kmol.K). Gabungan
Persamaan (2), (3) dan (4) menghasilkan persamaan
yang dapat digunakan untuk memprediksi konsentrasi
gas setiap saat di dalam ruang kosong di sekitar jamur
yang merupakan akumulasi gas akibat respirasi dan
difusi. Laju respirasi diukur dengan menggunakan
sistem tertutup yang dimodifikasi disesuaikan dengan
cara kerja alat. Udara yang telah dianalisis dikembalikan ke dalam kemasan dengan cara menambahkan
selang dari lubang keluar udara sampel dari alat.

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

ISSN 2088-6497

Dengan demikian pada saat penyimpanan merupakan
sistem tertutup (close system) sedangkan pada saat
mengukur konsentrasi udara adalah sistem aliran
(flow system). Asumsi yang digunakan dalam
penelitian ini adalah volume udara tidak mengalami
pengurangan akibat pengukuran, konsentrasi yang
terukur adalah konsentrasi gas selama rentang respirasi aero-bic, laju respirasi semata-mata ditentukkan
oleh oksigen sebagai substrat dan karbohidrat
(glukosa) tidak terbatas selama pengukuran.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Laju respirasi
Gambar 2 dan 3 menunjukkan bahwa pengaruh suhu
terhadap perubahan konsentrasi gas O2 dan CO2 yang
merupakan hasil respirasi sangat besar. Rentang
waktu menunjukkan bahwa konsentrasi 2-3% oksigen
tercapai dalam waktu 12jam, 18jam dan 52jam
masing-masing untuk suhu 5oC, 15oC dan suhu ruang.
Fenomena yang sama juga tampak pada perubahan
konsentrasi gas CO2. Pengaruh suhu terhadap laju
respirasi sangat tampak pada Gambar 4. Laju respirasi
melambat bahkan nilai awal penyimpanan pada suhu
yang lebih rendah tidak melebihi laju respirasi pada
akhir penyimpanan pada suhu yang lebih tinggi.

Gambar 3. Konsentrasi gas CO2 pada suhu
penyimpanan

Gambar 4. Laju respirasi pada berbagai suhu
penyimpanan

Parameter model
Hasil analisis terhadap data laju respirasi
menghasilkan nilai Vmax dan Km seperi pada Table 1.
Namun nilai
yang diperoleh dari hasil regresi
sangat kecil sehingga nilai K1 menjadi sangat besar.
Apabila nilai K1 dimasukkan ke dalam persamaan
akan menghasil-kan nilai yang men-

Gambar 2. Konsentrasi gas O2 pada suhu
Penyimpanan
Nilai rasio respirasi (respiratory quotient) dihitung
untuk memastikan bahwa respirasi berjalan secara
aerobik pula. Nilai rasio respirasi yang diperoleh
berada pada rentang 0.8 > 1.3 sehingga dapat
dipastikan bahwa laju respirasi berjalan secara
aerobik.

30-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

dekati 1. Nilai alpha tidak mengubah hasil
perhitungan menggunakan Persamaan (2). Hasil
analisis yang diperoleh menun-tun pada kesimpulan
awal bahwa menggunakan model Michaelis-Menten
Un-competitive tidak terlalu tepat dikarenakan inhibisi
gas CO2 terhadap laju respirasi sangat rendah.
Perubahan model dilakukan untuk disesuaikan dengan
hasil perhitungan yaitu menggunakan model
Michaelis-Menten tanpa inhibisi, dimana persamaan
model adalah seperti pada Persamaan (2) dengan
menghilangkan parameter alpha seperti pada
Persamaan (5). Akibat dari perubahan model adalah
konsentrasi CO2 tidak memiliki peranan dalam
perilaku model. Keuntungan penggunaan model ini
adalah perhitungan menjadi lebih sederhana karena
parameter model dapat dianalisis menggunakan
regresi linier sederhana.

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

ISSN 2088-6497

(5)
Table 1.
Nilai Parameter model Michaelis-Menten

Gas
O2

CO2
Satuan

Suhu
5oC
15oC
ruang
5oC
15oC
ruang

Vmax
35.99
143.54
390.08
30.33
146.91
436.27
ml/jam.kg

Km
11.39
2.54
2.35
8.82
1.52
2.54
%

Perubahan model ini juga menunjukkan rendahnya
sensitivitas jamur tiram terhadap konsentrasi CO2
yang tinggi.
Pengaruh suhu
Pengaruh suhu terhadap laju respirasi
Gambar 4 menunjukkan pengaruh suhu terhadap laju
respirasi jamur tiram. Pengaruh suhu memiliki
pengaruh yang lebih besar apabila dibandingkan
dengan komposisi gas. Bahkan pada suhu rendah
pengaruh suhu sudah tampak mulai pada awal
penyimpanan. Meskipun komposisi gas O2 terus
menurun dan sebaliknya gas CO2 semakin meningkat,
laju respirasi sepanjang penyimpanan tidak
mengalami perubahan yang nyata. Gambar 4 juga
menunjukkan penyimpanan pada komposisi udara

bebas berbeda akibat suhu penyimpanan. Nilai energi
aktivasi yang diperoleh disajikan dalam Tabel-2.
Pengaruh suhu terhadap parameter model
Pengaruh konsentrasi terhadap laju respirasi pada
analisis laju respirasi menunjukkan pengaruh yang
kecil. Fenomena ini akan berpengaruh pada nilai Km
yang diperoleh. Nilai Vmax dapat diperkirakan
mempunyai pola yang mirip dengan pola laju respirasi
pada berbagai suhu yaitu semakin tinggi pada suhu
penyimpanan yang semakin tinggi. Namun nilai Km
justru menunjukkan pola yang terbalik. Nilai Km
menunjukkan awal terjadinya perlambatan laju
respirasi karena pada konsentrasi di bawah nilai Km,
orde laju respirasi berubah dari orde 0 (nol) menjadi
orde 1, yaitu berubah secara eksponensial. Penurunan
nilai Km dari suhu 5oC memperkuat bukti bahwa
jamur tiram termasuk sangat resisten terhadap
komposisi gas ekstrim. Laju respirasi tetap tinggi
meskipun konsentrasi gas O2 sangat rendah. Respirasi
mulai mengalami hambatan pada konsentrasi oksigen
2.54% pada suhu 15oC dan 2.35% pada suhu ruang.
Nilai ini sangat jauh dibandingkan dengan nilai Km
pada suhu 5oC. Perlambatan respirasi terjadi dengan
cepat ketika suhu penyimpanan rendah. Respirasi
yang tertekan oleh suhu rendah ditambah lagi oleh
ketersediaan oksigen yang menipis mengakibatkan
nilai Km pada suhu penyimpanan rendah mempunyainilai-lebih-tinggi.

Table 2
Laju respirasi pada komposisi udara bebas dan energi aktivasi
Laju produksi O2
Laju konsumsi CO2
(ml O2/jam.kg)
(ml CO2/jam.kg)
0
0
0
5C
15 C
Ruang
5C
150C
Ruang
56.38
174.46
507.49
63.36
168.5
419.82
Model respirasi
Model respirasi pada berbagai komposisi gas dan
) dapat dibentuk
berbagai suhu penyimpanan (
dari gabungan Persamaan (2) dan
Persamaan (4) sehingga diperoleh persamaan sebagai
berikut:
(6)
Persamaan (6) adalah model laju konsumsi oksigen,
sedangkan model laju produksi CO2 dinyatakan oleh
Persamaan (7).
(7)
31-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

Energi Aktivasi
(kJ/kmol)
O2
CO2
61016.5
52491.3

Model komposisi gas
Model komposisi gas merupakan model untuk
memprediksi komposisi gas di dalam ruang kosong
pengemas. Model ini dibentuk dari gabungan antara
model respirasi dengan model difusi gas melalui
bahan PE 0.3. Model dibentuk berorientasi sebagai
model simulasi. Simulasi dapat dilakukan secara
diskrit pada program semacam Microsoft Office Excel.
Model mengandung parameter massa (kg), ketebalan
pengemas (µm), luasan pengemas (cm2), volume
pengemas (ml). Hasil simulasi menunjukkan bahwa
model mempunyai validitas yang lebih tinggi pada
suhu 15oC dan suhu ruang. Sedangkan pada suhu 5oC
model menunjukkan pola yang sama namun nilai
prediksi berbeda jauh dengan data pengamatan. Grafik
hasil simulasi disajikan pada Gambar 6 16.

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

ISSN 2088-6497

(8)

Dimana

(9)

Dimana

adalah tekanan parsial gas O2 di dalam ruang
pengemas.
Patm adalah tekanan atmosfer (101.325 kPa).
V adalah volume total kemasan.
W adalah massa jamur tiram yang digunakan.

Gambar 6. [O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu 50C

Gambar 7. Regresi [O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu
50C

Gambar 8. [O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu 150C

Gambar 9. Regresi [O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu
150C

32-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

Gambar 9
[O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu ruang

ISSN 2088-6497

Gambar 10
Regresi [O2]tn untuk PE 0.3 pada suhu ruang

Gambar 11. [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu 50C

Gambar 12. Regresi [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu 50C

Gambar 13. [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu 150C

Gambar 14. Regresi [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu 150C

Gambar 15. [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu ruang

Gambar 16. Regresi [CO2]tn untuk PE 0.3 pada
suhu ruang

DISKUSI
Pemodelan laju respirasi produk segar mempunyai
pola yang berbeda antara satu produk dengan produk
yang lain. Fronseca (2000) menyajikan rangkuman
yang lengkap mengenai pemodelan laju respirasi.
Model laju respirasi secara umum dapat dibedakan
menjadi tipe linier, polynomial, eksponensial serta
model Michaelis-Menten. Meskipun demikian,
terkadang beberapa model dapat diterapkan pada satu
produk. Model Michaelis-Menten memodelkan laju
respirasi sebagai sebuah reaksi enzimatis yang
diseder-hanakan yaitu substrat oksigen sebagai satusatunya faktor pembatas reaksi. Namun Peppelenbos
33-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

and Leven (1996) membuktikan bahwa model
Michaelis-Menten yang terdiri atas 5 variasi model
tidak menunjukkan perbedaan yang tegas. Beberapa
model memberikan hasil yang bagus ketika diterapkan
untuk memprediksi data. Dalam penelitian ini,
diperoleh sebuah dugaan bahwa selain beberapa
model dapat digunakan pada satu produk,
kemungkinan model juga dapat berbeda ketika suatu
produk yang sama disimpan pada suhu penyimpanan
yang berbeda. Namun rentang suhu yang terlalu besar
tidak memberikan data yang cukup untuk
membuktikan adanya dugaan fenomena ini.

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

KESIMPULAN
Model Michaelis-Menten dapat memodelkan laju
respirasi jamur tiram dengan validitas lebih tinggi
pada suhu 15oC dan suhu ruang. Konsentrasi gas O2
dan CO2 setiap saat dapat diprediksi dengan baik
menggunakan gabungan model laju respirasi dan
model difusi.
Daftar pustaka
Brandenburg, Jeffrey S. and Devon Zagory. 2009.
Modified and Controlled Atmosphere Packaging
Technology and Applications. in Modified and
Controlled Atmospheres for the Storage,
Transportation, and Packaging of Horticultural
Commodities. Edited by Elhadi M. Yahia. CRC
Press. USA.
Bisswanger, Hans. 2008. Enzyme Kinetics, Principles
and Methods. 2nd Edition. WILEY-VCH Verlag
GmbH & Co. KGaA, Germany
Fronseca, Susana C. et al. 2002. Modeling Respiration
Rate of Fresh Fruit and Vegetables for Modified
Atmosphere Packages: a Review. Journal of
Food Engineering 52; 99-119
Kader, A.A. 2002. PostHarvest Technology of
Horticultural Crops. Third Edition.Regent of
University of California, Divison of Agriculture
and Natural Resources. Publication 3311 USA
Peppenlenbos, H.W and Johan Van t Leven. 1996.
Evaluation of Four Types of Inhibition for
Modelling the Influence of Carbon Dioxide
Consumption of Fruits and Vegetables.
Postharvest Biology and Technology 7; 72-40
Sun, Dae Wen. 2005. Emerging of Technologies for
Food Processing. Elsevier Ltd. USA
Utama, I Made Supartha, I Dewa G.M. Permana Dan I
Dewa Agung Lidartawan. 2008.
Prosiding
Seminar Nasional Dan Gelar Teknologi
PERTETA, Yogyakarta 8 9 Agustus-2009

34-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

ISSN 2088-6497

Arda dkk/Pemodelan konsentrasi

35-34 | Jurnal Agrotekno Vol. 17, No. 2 Agustus 2015

ISSN 2088-6497