APLIKASI PULSED ELECTRIC FIELD (PEF) SEBAGAI PRETREATMENT PADA EKSTRAKSI BUAH APEL VARIETAS FUJI
AHMAD SHOBIRIN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Aplikasi Pulsed Electric Field (PEF) Sebagai Pretreatment pada Ekstraksi Buah Apel Varietas Fuji adalah benar karya saya dengan arahan dari 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 skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Desember 2016 Ahmad Shobirin NIM F14120074
ABSTRAK AHMAD SHOBIRIN. Aplikasi Pulsed Electric Field (PEF) Sebagai Pretreatment pada Ekstraksi Buah Apel Varietas Fuji. Dibimbing oleh LILIK PUJANTORO EKO NUGROHO Pulsed electric field (PEF) dapat menjadi alternatif metode pengolahan pangan nontermal menggantikan blanching dalam menginaktifasi enzim pada proses produksi sari buah apel. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh perlakuan pulsed electric field terhadap perolehan rendemen sari buah apel dan kandungan vitamin C. Perlakuan PEF terdiri atas kombinasi kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm) dan waktu perlakuan (5 menit dan 10 menit). Ekstraksi sari buah mengunakan metode tekan, pada tekanan 8 bar selama 1 menit menggunkan hydraulic press. Perlakuan PEF pada kuat medan listrik 0.4 kV/cm dan 0.8 kV/cm menunjukkan tidak berbeda nyata (P>0.05) terhadap perolehan rendemen sari buah apel. Sedangkan perlakuan PEF pada kuat medan listrik 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm menunjukkan berbeda nyata (P<0.05) yang mana diperoleh rendemen sebesar 61 – 75%. Semua kombinasi perlakuan PEF tidak berbeda nyata (P>0.05) terhadap kandungan vitamin C sari buah apel. Perlakuan PEF terbaik terjadi pada kuat medan listrik 4 kV/cm selama 10 menit, terjadi peningkatan rendemen sari buah sebesar 24.42% dibandingkan dengan kontrol. Kata kunci: apel, pulsed electric field, rendemen, sari buah, vitamin C
ABSTRACT AHMAD SHOBIRIN. Application of Pulsed Electric Field (PEF) as Pretreatment in Extraction of Fuji Apple. Supervised by LILIK PUJANTORO EKO NUGROHO Pulsed electric field (PEF) can be an alternative method of nonthermal food processing replace blanching in inactivates the enzyme at the production process of cider. The purpose of this research was to study the effects of pulsed electric field treatment in the gaining of cider yield and the amount of vitamin C. PEF treatment consists of a combination of electric field strength (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm, 4 kV/cm) and treatment time (5 minute, 10 minute). Pressing was used as a method of cider extraction, at 8 bar pressure for 1 minute using hydraulic press. PEF treatment on electric field strength 0.4 kV/cm and 0.8 kV/cm shown not significant different (P<0.05) to the gaining of cider yield. While PEF treatment on electric field strength 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm and 4 kV/cm shown significant different (P>0.05) which is gaining the cider yield by 61 – 75%. All combination of PEF treatment was not significant different (P>0.05) to the Vitamin C. The best PEF treatment occurs in electric field strength 4 kV/cm for 10 minute, there was an increase of cider yield by 24.42% compared to the control sample. Keywords: apple, cider, pulsed electric field, vitamin C, yield
APLIKASI PULSED ELECTRIC FIELD (PEF) SEBAGAI PRETREATMENT PADA EKSTRAKSI BUAH APEL VARIETAS FUJI
AHMAD SHOBIRIN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2016 ini ialah nonthermal food processing, dengan judul Aplikasi Pulsed Electric Field (PEF) Sebagai Pretreatment pada Ekstraksi Buah Apel Varietas Fuji. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Lilik Pujantoro Eko Nugroho, MAgr selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan serta arahan sehingga tugas akhir ini dapat selesai. Selain itu penghargaan penulis sampaikan kepada segenap dosen Teknik Mesin dan Biosistem telah membantu membentuk kedisiplinan penulis, dan Paguyuban Beasiswa Bidik Misi yang telah memberikan bantuan beasiswa selama masa perkuliahan di IPB. Tidak lupa penulis sampaikan terima kasih Staff Laboratorium Teknik Penanganan dan Pengolahan Hasil Pertanian (TPPHP) yang telah memberikan dukungan serta membantu penulis dalam pengambilan data penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2016 Ahmad Shobirin
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Apel
2
Sari Buah
5
Ekstraksi Sari Buah
5
Vitamin C
5
Pulsed Electric Field
6
Pulsed Electric Field Untuk Bahan Pangan Padat
7
METODE
8
Waktu dan Tempat
8
Bahan dan Alat
8
Prosedur Penelitian
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
16
Penelitian Pendahuluan
16
Penelitian Utama
17
Perlakuan Terbaik
20
SIMPULAN DAN SARAN
21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
31
DAFTAR TABEL 1 Beberapa varietas apel 2 Kandungan gizi apel per 100 gram 3 Rendemen sari buah apel kontrol dan perlakuan PEF (0.4 kV/cm, 0.8
3 4
kV/cm, 1.2 kV/cm pada waktu 90 detik) 4 Rendemen dan vitamin C sari buah apel kontrol dan perlakuan PEF 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm pada waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit
17
21
DAFTAR GAMBAR 1 Apel Fuji
2 Skematik kerusakan sel (dielectric breackdown) 3 Skematik perlakuan PEF 4 Bentuk pulsa persegi 5 Bentuk pulsa eksponensial 6 Bentuk pulsa oscillatory 7 Bentuk pulsa bipolar 8 Prosedur penelitian pendahuluan 9 Prosedur penelitian utama opsi 1 10 Prosedur penelitian utama opsi 2 11 Perlakuan PEF pada sampel buah apel 12 Alat hydraulic press 13 Perubahan warna larutan setelah titrasi 14 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm) pada waktu 90 detik terhadap rendemen sari buah apel 15 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm) pada waktu perlakuan (5 menit dan 10 menit) terhadap rendemen sari buah apel 16 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm) pada waktu perlakuan (5 menit dan 10 menit) terhadap kandungan vitamin C sari buah apel
4 7 9 9 9 10 10 11 12 13 14 15 15 17
18
20
DAFTAR LAMPIRAN 1 Data rendemen sari buah pada perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm,
0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm selama waktu 90 detik
24
2 Analisis sidik ragam rendemen sari buah apel pada perlakuan kuat medan
listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm selama waktu 90 detik
25
3 Analisis sidik ragam rendemen sari buah apel pada komboinasi
perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit 4 Data rendemen sari buah dan vitamin C pada komboinasi perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit
26
27
5 Analisis sidik ragam vitamin C pada komboinasi perlakuan kuat medan
listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit 6 Prinsip kerja alat high voltage power supply 7 Data kadar air apel fuji dan contoh perhitungannya
28 29 30
PENDAHULUAN Latar Belakang Konsumsi makanan segar seperti buah dan sayur, minuman bernutrisi (jus/sari buah) telah meningkat pada beberapa tahun terakhir. Hal tersebut karena kandungan antioksidan, vitamin dan mineral yang ada pada makanan tersebut dapat memenuhi kebutuhan nutrisi manusia, yang mana memainkan peran penting dalam pencegahan penyakit jantung, kanker dan diabetes (Matthews 2006). Sari buah apel merupakan salah satu minuman yang digemari oleh banyak orang. Selain vitamin dan mineral, sari buah apel dikenal memiliki kandungan senyawa fenolik yang tinggi. Beberapa senyawa fenolik seperti flavonoid dipercaya mampu mencegah penyakit kardiovaskular dan kanker (Hollman 2001). Karena memiliki banyak manfaaat bagi kesehatan, kemudian mendorong banyak perusahaan pangan untuk memproduksi minuman sari buah. Di Indonesia konsumsi minuman sari buah sendiri tumbuh rata-rata per tahun sebesar 4,9% pada periode 2004-2009, dari hanya 62 ribu ton pada 2004 menjadi 79 ribu ton pada 2009 (kemenperin.go.id). Pada proses produksi sari buah apel, sebuah industri biasanya melakukan proses blanching pada buah sebelum buah diekstrak untuk diambil sarinya. Proses blanching ini menggunakan uap panas pada suhu 70 – 100 oC pada waktu 1 – 15 menit, yang bertujuan untuk menginaktifasi enzim, mengeluarkan udara diantara sel, menurunkan aktivitas biologis dan mikrobiologis pada buah sebelum diekstrak, sehingga tidak cepat rusak, dapat memperbaiki tekstur bahan, memperbaiki warna, dan mempermudah proses pengolahan selanjutnya (Xin et al. 2015). Karena menggunakan air atau uap panas bersuhu tinggi, dikhawatirkan dapat menimbulkan potensi kehilangan zat gizi yang peka panas atau larut dalam air, salah satunya adalah vitamin C. Vitamin C merupakan salah satu zat gizi yang mudah hilang jika terkena panas. Teknologi pengolahan pangan nontermal saat ini masih terus dikembangkan, salah satunya yakni teknologi pulsed electric field (PEF). Pulsed electric field merupakan metode pengolahan pangan nontermal yang menggunakan listrik tegangan tinggi untuk menghasilkan medan listrik yang dapat menginaktifasi enzim dan menghasilkan makanan yang aman secara mikrobiologis dengan tanpa merubah rasa dan mengurangi nutrisi makanan tersebut. Aplikasi dari teknologi PEF ini mengakibatkan disintegrasi pada sel atau terjadi sel lisis akibat kerusakan membran sel akibat medan listrik tegangan tinggi. Dimana dari sel lisis ini tidak hanya dapat menonaktifkan enzim namun juga dapat membantu meningkatkan proses transportasi masa, sehingga dapat membantu dalam proses ekstraksi maupun proses pengeringan (Toepfl et al. 2014). Pada proses ekstraksi dapat membantu meningkatkan rendemen sari buah, sedangkan pada proses pengeringan membantu meningkatkan laju pengeringan. Penelitian mengenai penggunaan PEF untuk meningkatkan rendemen sari buah telah banyak dilakukan. Grimi et al. (2009) telah melakukan penelitian ekstraksi sari buah anggur putih chardonnay menggunakan pulsed electric field pada tekanan ekstraksi 1 bar selama 1 jam.
2
Kuat medan listrik yang digunakan 0.4 kV/cm. Menunjukkan pretreatment PEF meningkatkan rendemen sari buah dari 67% menjadi 75% dibandingkan dengan sampel kontrol tanpa pretreatment PEF. Pemanfaatan teknologi PEF sebagai pretreatment pada proses ekstraksi sari buah apel perlu kajian lebih lanjut mengenai kuat medan listrik yang optimum untuk dapat meningkatkan rendemen, juga tanpa merubah kandungan vitamin C sari buah tersebut. Perumusan Masalah Uap panas yang digunakan pada proses blanching beresiko mengurangi kandungan vitamin C pada buah apel. Aplikasi teknologi PEF dapat menjadi solusi menggantikan proses blanching dalam menginaktifasi enzim pada kegiatan produksi sari buah apel, serta dapat meningkatkan rendemen sari buah tanpa mengurangi kandungan vitamin C apel sehingga dapat meningkatkan produksi sari buah apel. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk (1) Mempelajari pengaruh perlakuan PEF terhadap rendemen sari buah dan kandungan vitamin C. (2) Menentukan kombinasi perlakuan terbaik antara kuat medan listrik dan waktu perlakuan, yang menghasilkan rendemen sari buah apel paling banyak dan penurunan vitamin C paling sedikit.
TINJAUAN PUSTAKA Apel Buah apel (Malus domestica) termasuk dalam famili rosaceae (mawar) dan merupakan buah klimaterik. Menurut Kusuma (1974) dalam Hanjoko (1995), tanaman apel dapat menghasilkan buah yang baik bila ditanam pada daerah yang mempunyai ketinggian 700 – 1200 m di atas permukaan laut, suhu maksimum 27 o C dan minimum 16 oC, kelembaban udara 75 – 85% dan jenis tanah yang berstruktur baik dan bersolum dalam, yaitu tanah yang terletak di atas batuan induk. Tanaman apel di Indonesia dapat dipanen dua kali dalam satu tahun, tetapi produksinya dipengaruhi oleh umur dan musim. Pengaruh umur tanaman terhadap produksi menunjukkan bahwa umur satu sampai sepuluh tahun produksi terus meningkat, tetapi setelah umur sebelas tahun produksi mulai menurun (Wahyudi 1980 dalam Hanjoko 1995). Tanaman apel mulai berbuah diawali dengan munculnya bunga berwarna putih seperti bunga mawar berukuran kecil pada akhir musim semi. Pada bunga tersebut terdapat serbuk sari dan nektar yang menarik perhatian lebah dan serangga yang kemudian membantu dalam penyerbukan. Buah apel yang muncul dari hasil penyerbukan akan matang pada umur 140 – 170 hari.
3 Tanaman apel biasanya baru dapat menghasilkan buah pada pada umur 6 – 8 tahun setelah penanaman (Sinha 2006). Klasifikasi tanaman apel adalah sebagai berikut (usda.gov): Kingdom : Plantae Sub kindom : Tracheobionta Divisi : Magnoliophyta Sub divisi : Spermatophyta Kelas : Magnliopsida Sub kelas : Rosiadae Ordo : Rosales Famili : Rosaceae Genus : Malus Mill Spesies : Malus domestica Konsumen biasanya memilih apel berdasarkan tingkat kemanisan dan keasaman buah, aroma, tekstur berair (juicy), warna, dan kenampakan apel (Sinha 2006). Beberapa varietas apel komersial dan penggunaannya dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Beberapa varietas apel Varietas 1.
Braeburn
2.
Empire
3.
Fuji
4.
Gala
5.
Golden delicious
6.
Granny smith
7.
Red delicious
8.
Jonathan
Karakteristik
Penggunaan
Berasal dari Selandia Baru, warna merah muda bercampur kuning, daging buah berwarna kekuningan, rasa manis dengan kemasaman sedang, tekstur renyah dan juicy Hasil persilangan antara machintos dan red delicious, warna merah gelap, ukuran sedang (6 - 8 cm), daging buah berwarna putih krem, rasa manis sedikit masam, tekstur renyah Berasal dari jepang, hasil persilangan dari ralls janet dan red delicious, warna merah kekuningan, bentuk bulat, ukuran besar (10 cm), rasa manis dan harum, tekstur renyah, tahan lama saat disimpan
Untuk pembuatan saus, pie, jus.
Berasal dari Selandia Baru, persi-langan dari kidd’s orange red dan golden delicious, warna merah-orange, rasa sedikit manis, daging buah berwarna kuning, tekstur juicy, beraroma harum Secara genetik berbeda dengan red delicious, warna kuning kehijauan, rasa manis, daging buah berwarna kuning, ukuran sedang (6- 8 cm), tekstur juicy, merupakan apel dengan rasa terbaik Berasal dari Australia, warna hijau, ukuran sedang (6 - 8 cm), daging buah berwarna putih, apel dengan rasa dominan masam
Untuk salad dan dimakan segar
Merupakan apel yang banyak beredar dipasaran, warna merah mengkilap, rasa manis, memiliki lima tonjolan dibagian bawah Warna merah tua bercampur hijau, rasa manis dan berair, ukuran kecil ( 6 cm), tetap kuat setelah dimasak
Untuk dimakan segar dan salad
Sumber : www.michiganapple.com (2016)
Untuk salad dan dimakan segar
Bagus untuk semua penggunaan
Bagus untuk semua penggunaan
Bagus untuk olahan masakan dan jus apel
Cocok untuk pembuatan saus dan jus
4 Apel varietas fuji seperti ditunjukan Gambar 1 merupakan salah satu apel yang banyak beredar di Indonesia. Kultivar fuji adalah hasil persilangan antara ralls janet dengan red delicious yang dikembangkan oleh The Fruit Tree Research Station sekarang (National Institute of Fruit Tree Science) MAFF, Jepang. Kultivar ini diberi nama fuji pada tahun 1962 dan diregister dalam Register Pertanian dan Kehutanan sebagai apel no. 1 norin. Kultivar ini sekarang selain disukai ditempat asalnya Jepang, juga telah populer dibanyak negara didunia.
Gambar 1 Apel fuji Berat buah apel fuji rata – rata ± 250 gram. Bentuk buah bulat sampai lonjong, berwarna dasar kuning sampai merah hingga berwarna kemerahan gelap. Rasa dari buah apel fuji sun moon manis dengan rasa asam sedang, mengandung banyak sari buah dan rasanya enak. Daging buah bewarna putih kekuningan, keras dan agak kasar. Cenderung mengandung banyak air. Kandungan gula sekitar 15% dan pH 3.0 – 4.0. Kekerasan daging buah sekitar 15 pon. Buah apel fuji sun moon dapat disimpan lama sekitar 90 hari pada suhu normal dan sekitar 150 hari pada cold storage (Santoso 2006 dalam Yulianti 2014). Kandungan gizi buah apel ditunjukan lengkap pada Tabel 2. Tabel 2 Kandungan gizi apel per 100 gram Zat yang terkandung
Jumlah/100 g
1. Air 2. Protein 3. Lemak Total 4. Abu 5. Karbohidrat Total 6. Gula 7. Sukrosa 8. Glukosa 9. Fruktosa 10. Pati 11. Serat 12. Kalsium 13. Besi 14. Magnesium 15. Pospor 15. Potasium 16. Sodium 17. Seng 18. Vitamin C 19. Vitamin A 20. Kolesterol 21. Kalori
85.56 g 0.26 g 0.17 g 0.19 g 13.81 g 10.39 g 2.07 g 2.43 g 5.90 g 0.05 g 2.40 g 6.00 mg 0.12 mg 5.0 mg 11.0 mg 107 mg 1.0 mg 0.04 mg 4.60 mg 54.0 IU 0.0 mg 52.0 Kcal
Sumber: USDA National Nutrient Database (2014)
5 Sari Buah Menurut Codex Alimentarius (1992) dalam Nuraini (1999) yang dimaksud dengan produk minuman sari buah adalah cairan jernih yang tidak difermentasi, yang diperoleh dari buah - buahan yang telah masak dan masih segar. Sari buah merupakan hasil pengepresan atau ekstraksi buah yang sudah disaring. Sari buah apel memiliki pH antara 3.0 – 4.0 tergantung dari varietas dan tingkat kematangan buah apel. Sebagai contoh, sari buah apel golden delicious mempunyai pH 3.60, jonathan 3.30, dan wealthy 3.10 (Moyer dan Aitken 1980 dalam Hanjoko 1995). Pada saat apel diekstrak, cairan yang dihasilkan merupakan suspensi dari partikel – partikel yang berasal dari pulp buah. Partikel – partikel yang tersuspensi ini terdiri dari protein, tanin, polisakarida, lemak, dan pigmen. Komponen partikel tersuspensi utama yang mengakibatkan sari buah tampak keruh adalah komponen protein – tanin yang distabilkan oleh pektin sebagai koloid pelindung (Yamasaki et al. 1967 dalam Hanjoko 1995). Aktivitas pencoklatan enzimatis (browning) dapat dikendalikan dengan jalan memanaskan substrat untuk menginaktifasi sistem enzim yang bekerja atau dengan pengendalian secara kimia yang sesuai (Desrosier 1988 dalam Hanjoko 1995). Proses pengendalian tersebut dilakukan sebelum buah diekstrak, dengan pemanasan bisa melalui blanching dan pengendalian secara kimiawi bisa melalui pencampuran dengan natrium bisulfit. Ekstraksi Sari Buah Ekstraksi sari buah adalah proses pemisahan air yang ada di dalam buah dari padatannya. Beberapa metode yang digunakan dalam proses ekstraksi sari buah yakni pressing, diffusion, centrifugal, dan reverse-osmosis (Fellows 2000). Metode pemisahan yang dipakai untuk ekstraksi disesuaikan dengan jenis buah yang akan diekstrak. Pressing merupakan metode pemisahan yang banyak digunakan dalam ekstraksi sari buah (Kerkai 2006). Prinsip kerja dari metode pressing yakni menggunakan gaya untuk menekan buah yang diekstrak sehingga sari buah keluar. Menurut Lengyel (1995) dalam Kerkai (2006), parameter yang paling penting dalam proses pressing adalah rendemen sari buah yang diperoleh, yang mana merupakan persentase perbandingan antara berat sari buah yang diperoleh setelah pressing terhadap berat buah awal sebelum pressing. Vitamin C Vitamin C atau asam askorbat adalah vitamin yang paling tidak stabil diantara semua vitiamin yang ada. Vitamin C mudah mengalami kerusakan selama proses pengolahan dan penyimpanan. Vitamin ini memiliki sifat sangat mudah larut dalam air, mudah teroksidasi dalam proses pengolahan pangan terutama oleh panas, sinar, alkali serta oleh katalis tembaga dan besi (Winarno 2008). Faktor – faktor yang menyebabkan kehilangan vitamin C antara lain pengolahan bahan pangan yang salah, kandungan oksigen yang tinggi dan temperatur penyimpanan yang tinggi. Vitamin C relatif stabil pada sari buah yang mempunyai pH rendah dengan kandungan asam sitrat yang tinggi.
6 Namun pada keadaan sebaliknya, vitamin C akan sangat labil (Andarwulan dan Koswara 1992 dalam Nuraini 1999). Pulsed Electric Field Teknologi pulsed electric field merupakan salah satu metode nontermal dalam proses pengolahan makanan, yang mana membantu dalam pengawetan makanan dan dapat menghentikan metabolisme pada sel tumbuhan dengan waktu perlakuan singkat dan hanya sedikit menimbulkan panas (Barbosa et al. 1999). Prinsip kerjanya adalah arus listrik yang dihasilkan power supply dialirkan melewati charging resistor dan selanjutnya disimpan di capacitor bank. Ketika switch terhubung maka arus listrik tegangan tinggi (10-80 kV/cm) akan melewati bahan pangan yang ditempatkan antara dua buah elektroda (Barbosa et al. 1999). Selama proses perlakuan PEF, bahan pangan diletakkan diantara dua elektroda dalam sebuah wadah dan dikenai pulsa (pulse) listrik bertegangan tinggi bertujuan untuk merusak membran sel. Dengan asumsi permitivitas bahan pangan sama, rata – rata kuat medan listrik mengikuti persamaan : 𝑉 𝐸 = ............................................................................................(1) 𝑑 V adalah tegangan yang dihasilkan alat PEF dan d adalah jarak antara elektroda. Dari persamaan dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya jarak antar elektroda membutuhkan tegangan yang lebih tinggi untuk menghasilkan medan listrik yang diinginkan (Toeplf et al. 2014). De Vito (2006) menjelaskan, jika sel biologis (tanaman, hewan dan mikroorganisme) dikenai medan listrik tegangan tinggi (kV/cm) dalam bentuk pulsa pendek (µs/ms) akan menginduksi pembentukan pori – pori pada membran sel yang mana dapat bersifat sementara atau permanen. Fenomena tersebut dinamakan elektroporasi, yang mana terjadi peningkatan permeabilitas dari membran sel. Jika semakin tinggi tegangan listrik yang dikenai, maka akan terjadi sel lisis karena rusaknya membran sel. Zimerman et al. (1974) dalam De Vito (2006) menjelaskan mekanisme elektroporasi dalam teori ’dielectric breackdown’. Membran sel diumpamakan sebagai kapasitor yang berisi material dielektrik. Dalam kondisi normal (a) beda potensial membran sel atau biasa disebut transmembran potential adalah V’m, seperti ditunjukan Gambar 2. Membran sel berfungsi mempertahankan gradien elektrokimia antara di dalam dan di luar sel dengan cara, mengumpulkan kelebihan ion negatif di permukaan dalam membran sel dan mengumpulkan kelebihan ion positif di permukaan luar membran sel (di luar sel). Ketika medan listrik dari luar sebesar E mengenai membran sel, ion di dalam membran sel akan keluar dan terakumulasi di permukaan membran sel, hal ini akan merubah beda potensial membran sel menjadi V dan menyebabkan tekanan terhadap membran sel (b). Membran sel akan rusak jika beda potensialnya mencapai titik kritis sebesar Vc (c). Pada tahap ini kerusakan membran sel masih dapat pulih, akan tetapi dengan terus bertambahnya pengaruh medan listrik maka akan menyebabkan kerusakan permanen (d).
7
Gambar 2 Skematik kerusakan sel (dielectric breackdown) Pulsed Electric Field Untuk Bahan Pangan Padat Teknologi pulsed electric field (PEF) sudah diketahui dalam ilmu pangan sejak tahun 1960. Bahan pangan baik berbentuk cair ataupun padat saat terpapar oleh medan listrik akan menyebabkan elektroporasi pada membran sel. Penggunan teknologi PEF sebagai pengolahan pangan ada dua kategori. Penggunaan PEF pada tegangan tinggi (10 – 40 kV/cm) dengan energi spesifik > 40 kJ/kg, dimana mekanisme elektroprasi pada membran sel mikroba dapat membunuh bakteri Eschericia coli atau Listeria innocua sehingga dapat menurunkan aktivitas mikroorganisme. Karena tidak menimbulkan panas pada bahan pangan, maka tidak mempengaruhi kualitas dari bahan pangan. Biasanya penggunaan PEF tegangan tinggi ini digunakan untuk preservasi bahan pangan cair seperti susu dan jus buah. Kemudian penggunaan PEF tegangan rendah (1- 10 kV/cm), energi spesifik 0.5 – 10 kJ/kg. Pada penggunaan PEF tegangan rendah mekanisme elektroporasi digunakan pada sel tumbuhan dan hewan, seperti kentang, anggur, dan daging. Elektroporasi pada sel tumbuhan meningkatkan laju transfer masa, sehingga dapat membantu dalam proses pengolahan pangan seperti ekstraksi buah dan pengeringan bahan pangan (Toeplf et al. 2014). Perpindahan masa memainkan peran penting dalam proses ekstraksi. Proses ekstraksi bertujuan untuk memisahkan cairan yang terikat di dalam padatan. Zat berharga, seperti minyak dan gula terdapat di dalam sel dan perlu untuk dikeluarkan. Dalam hal ini teknologi PEF dapat berguna untuk membuka membran sel sehingga zat berharga seperti minyak dan gula bisa keluar.
8 Telah banyak penelitian mengenai penggunaan PEF dalam membantu proses ekstraksi, dan menunjukkan dengan bantuan PEF mampu meningkatkan rendemen ekstraksi (Toeplf et al. 2014). Grimi et al. (2011) melakukan kajian penggunaan PEF dalam proses ekstraksi buah apel golden delicious menggunakan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, diperoleh peningkatan jumlah sari buah sebesar 20% dibandingkan dengan tanpa perlakuan PEF. Juga dengan perlakuan PEF dapat menjaga aktivitas antioksidan dari sari buah. Guderjan et al. (2005) telah melakukan penelitian mengenai aplikasi PEF dalam produksi minyak zaitun dan minyak jagung. Setelah dilakukan perlakuan PEF (1.3 kV/cm) diperoleh rendemen ekstraksi minyak jagung sebesar 43.7%, sedangkan tanpa perlakuan PEF diperoleh rendemen 23.2%. Sedangkan untuk buah zaitun setelah dilakukan perlakuan PEF meningkatkan rendemen ekstraksi sebesar 7.4%, dibandingkan dengan perlakuan panas pada suhu 50 oC selama 30 menit meningkatkan rendemen ekstraksi 5.3%.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli sampai dengan September 2016. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Siswadhi Supardjo, Laboratorium Seafast Center, dan Laboratorium TPPHP Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah apel varietas fuji yang diperoleh dari pasar induk kramat jati, Jakarta Timur. Bahan lainya yaitu larutan iodin, larutan amilum dan akuades. Alat yang digunakan yaitu high voltage power supply 5 kV- 2 mA, 10 watt, (SPELLMAN RHR5PN10) prinsip kerja alat dapat dilihat pada Lampiran 6, treatment chamber dan elektroda stainless steel. Hydraulic press untuk mengekstraksi apel, timbangan digital ACIS AD-2100H, dan pisau. Untuk uji kandungan vitamin C menggunakan, pipet mohr, labu erlenmeyer 100 ml, kertas saring, gelas ukur 25 ml dan mikro pipet. Prosedur Penelitian Penelitian dimulai dari persiapan bahan, yaitu buah apel varietas Fuji berwarna merah bercampur orange dengan kadar air 79.75% ± 3.22 (Lampiran 7). Buah apel yang telah disiapkan kemudian dipotong menggunakan pisau dengan ukuran 50 mm x 50 mm x 10 mm. Setiap 2 buah potongan buah apel (± 49 gram) diberikan kombinasi perlakuan PEF (kuat medan listrik dan waktu perlakuan). Perlakuan PEF dilakukan di dalam treatment chamber, sampel diletakkan diantara dua elektroda stainless steel yang berjarak 12 mm (Gambar 3). Pada bagian atas permukaan potongan buah apel dengan permukaan elektroda stainless steel diberi
9
12 mm
jarak 2 mm. Perlakuan PEF tidak bisa dilakukan jika kedua permukaan bersentuhan, karena tahanan buah kecil dan alat tidak bisa menahan arus yang besar (maksimum 2 mA). Masing – masing kombinasi perlakuan dilakukan tiga kali pengulangan. Kontrol menggunakan sampel tanpa pelakuan PEF. Sari buah diperoleh dari ekstraksi dengan cara pengepresan menggunakan hydraulic press pada tekanan 8 bar selama 1 menit. Sari buah yang diperoleh dari hasil ekstraksi kemudian ditimbang untuk mencari rendemen sari buah. Kualitas sari buah diidentifikasi dengan pengujian kandungan vitamin C menggunakan metode titrasi iodometri. Penelitian ini dilaksanakan melalui dua tahap, yakni penelitian pendahuluan dan penelitian utama, dimana penelitian utama dilakukan berdasarkan hasil dari penelitian pendahuluan.
Gambar 3 Skematik perlakuan PEF Penelitian Pendahuluan Barbosa et al. (1999) menyatakan terdapat tiga parameter kritis yang harus diperhatikan dalam menerapkan perlakuan PEF, yaitu kuat medan listrik, waktu perlakuan, dan bentuk pulsa. Bentuk pulsa yang digunakan dalam PEF dapat berbentuk persegi (Gambar 4), eksponensial (Gambar 5), oscillatory (Gambar 6), atau bipolar (Gambar 7). Barbosa et al. (1999) menyatakan bahwa bentuk pulsa oscillatory memiliki efek paling lemah dalam proses elektroporasi, sedangkan pulsa persegi memiliki efek paling kuat untuk membentuk elektroporasi pada membran sel, namun membutuhkan lebih banyak energi. Waktu perlakuan ditentukan berdasarkan jumlah pulsa yang diterapkan dalam perlakuan dikalikan dengan durasi pulsa. Bentuk pulsa dan durasi pulsa dapat diketahui dengan menggunakan alat oscilloscope. Penelitian yang dilakukan tidak mempertimbangkan parameter bentuk pulsa yang dihasilkan, sehingga dilakukan penelitian pendahuluan yang bertujuan untuk menentukan parameter kritis kuat medan listrik dan waktu perlakuan yang berpengaruh terhadap sampel, dalam hal ini buah apel.
Gambar 4 Bentuk pulsa persegi
Gambar 5 Bentuk pulsa eksponensial
10
Gambar 6 Bentuk pulsa oscillatory
Gambar 7 Bentuk pulsa bipolar
Penelitian pendahuluan menggunakan kombinasi perlakuan PEF dengan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm dengan waktu perlakuan 90 detik. Setelah dilakukan perlakuan PEF terhadap sampel kemudian dilakukan pengepresan pada tekanan 8 bar selama 1 menit untuk mengambil sari buah apel. Sari buah hasil pengepresan ditimbang menggunakan timbangan digital untuk memperoleh nilai beratnya. Nilai berat sari buah apel digunakan untuk menghitung nilai rendemen sari buah apel. Nilai rendemen sari buah apel pada tiap perlakuan PEF dan nilai rendemen pada sampel kontrol digunakan pada analisis ragam untuk mengetahui pengaruh, atau beda nyata (P<0.05) perlakuan PEF terhadap rendemen sari buah apel. Dari hasil analisis ragam tersebut digunakan dalam penentuan penelitian utama. Diagram alir prosedur penelitian pendahuluan dapat dilihat pada Gambar 8. Penelitian utama Penelitian utama merupakan penelitian lanjutan berdasarkan hasil yang diperoleh dari penelitian pendahuluan, dimana penelitian utama ini memiliki dua opsi kemungkinan. Kemungkinan pertama, jika hasil analisis ragam pada penelitian pendahuluan menunjukkan beda nyata (P<0.05) antara perlakuan PEF terhadap rendemen sari buah apel, maka penelitian utama akan menggunakan kombinasi perlakuan PEF kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm dengan waktu perlakuan 30 detik, 60 detik dan 90 detik. Prosedur penelitian mengikuti diagram alir pada Gambar 9. Kemungkinan kedua, jika hasil analisis ragam pada penelitian pendahuluan menunjukkan perlakuan PEF terhadap rendemen sari buah tidak berbeda nyata (P<0.05), maka penelitian utama akan menggunakan kombinasi perlakuan PEF kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit. Penentuan kombinasi perlakuan tersebut berdasarkan Grimi et al. (2011), menerapkan PEF pada 500 gram potongan buah apel pada kuat medan listrik 400 V/cm, sebanyak 1000 pulsa persegi, durasi tiap pulsa 100 µs dengan waktu pause 5 detik tiap 10 pulsa, atau setara dengan waktu perlakuan 8 menit. Schilling (2007) melakukan perlakuan PEF pada kuat medan listrik 1 kV/cm, 3 kV/cm, dan 5 kV/cm sebanyak 30 pulsa pada buah apel roter booskop menghasilkan peningkatan rendemen sari buah 7.7% dibandingkan tanpa perlakuan PEF. Prosedur penelitian mengikuti diagram alir pada Gambar 10. Pada penelitian utama ini ditambahkan parameter uji kandungan vitamin C sari buah apel, untuk mengetahui pengaruh perlakuan PEF terhadap kandungan vitamin C sari buah apel.
11
Gambar 8 Prosedur penelitian pendahuluan
12
Gambar 9 Prosedur penelitian utama opsi 1
13
Gambar 10 Prosedur penelitian utama opsi 2
14 Kuat Medan Listrik Buah apel yang telah dipotong kemudian dilakukan perlakuan PEF, yakni ditempatkan diantara dua elektroda stainless steel (Gambar 11). Jarak antar elektroda 12 mm. Kuat medan listrik yang mengenai buah apel dihitung menggunakan persamaan berikut (Toeplf et al. 2014): 𝑉 𝐸 = .............................................................................(2) 𝑑 dimana, E = kuat medan listrik (kV/cm) V = tegangan yang dihasilkan alat (kV) d = jarak antar elektroda (cm)
High voltage power supply
Elektroda stainless steel Treatment chamber
Sampel buah apel
Gambar 11 Perlakuan PEF pada sampel buah apel Rendemen Sari Buah Buah apel yang telah dilakukan perlakuan PEF, kemudian akan diekstrak atau diambil sarinya dengan metode tekan (pressing) menggunakan mesin hydraulic press (Gambar 12) pada tekanan 8 bar selama 1 menit. Rendemen sari buah apel yang diperoleh dihitung menggunakan persamaan (Grimi et al. 2011): 𝑀
𝑌 = 𝑀𝑖 ×100% ...................................................................(3) Y = rendemen sari buah (%) M = berat sari buah (gram) Mi = berat sampel sebelum diekstrak (gram)
15
Gambar 12 Alat hydraulic press Vitamin C Kandungan vitamin C ditentukan dengan cara metode titrasi iodometri. Sebanyak 5 ml sari buah apel dipipet ke dalam erlemeyer 100 ml lalu ditambahkan 20 ml akuades dan 1 ml larutan amilum sebagai indikator. Kemudian dititrasi dengan larutan iodin 0.01 N hingga larutan berubah warna dari kuning menjadi biru kehitaman (Gambar 13). Setiap ml larutan iodin setara dengan 0.88 mg asam askorbat. Kandungan vitamin C dapat dihitung sebagai berikut (Jacobs 1958 dalam Hanjoko 1995):
𝑐=
𝑚𝑙 𝐼𝑜𝑑 × 𝑁 × 0.88 × 𝑃 ×100 𝑚𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑜ℎ
...........................(4)
C = mg asam askorbat per 100 ml sari buah P = faktor pengenceran N = normalitas iodin
Gambar 13 Perubahan warna larutan setelah titrasi (kiri ke kanan)
16 Prosedur Analisis Data Analisis data dilakukan menggunakan aplikasi SPSS 24.0. Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan 2 faktor, faktor 1 adalah kuat medan listrik (kV/cm) dan faktor 2 adalah lama waktu perlakuan. Masing – masing perlakuan diulang sebanyak 3 kali ulangan. Analisis ragam dilakukan dengan taraf uji 5 %. Model umum rancangan percobaan yang dilakukan adalah: Yi,j = pengamatan pada perlakuan A ke-i dan B ke-j pada ulangan 1 µ = nilai rata – rata harapan Ai = perlakuan A ke-i Bj = perlakuan B ke-j (AB)ij = interaksi A ke-i dan B ke-j Ɛijk = pengaruh alat percobaan dari perlakuan A ke-i dan B ke-j pada ulangan ke-k Dengan : i = 1,2,3 (kuat medan listrik) j = 1,2,3 (waktu) k = 1,2,3 (ulangan) Uji statistik diawali analisis ragam untuk menguji signifikasi perlakuan, kemudian dilanjutkan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT) sebagai penentuan beda nyata perlakuan. Uji DMRT dilakukan jika hasil analisis ragam menunjukkan perlakuan berpengaruh signifikan. Kriteria analisis ragam tersebut yaitu: a. P-value > 5% maka tidak signifikan/tidak berpengaruh b. P-value < 5% maka signifikan/berpengaruh
HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian Pendahuluan Penelitian pendahuluan menggunakan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm. Masing – masing kuat medan listrik diterapkan selama 90 detik. Gambar 14 menunjukkan tidak ada perbedaan nilai rendemen sari buah apel yang signifikan dari tiap perlakuan terhadap kontrol. Pada perlakuan 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm diperoleh rendemen sari buah apel berturut – turut sebesar 53.53%, 54.33%, dan 54.86% sedangkan kontrol memiliki nilai rendemen yang tidak berbeda jauh yakni 53.31% (Tabel 3). Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1. Hasil analisis ragam pada lampiran 2 menunjukkan perlakuan kuat medan listrik tidak berbeda nyata (P>0.05) terhadap rendemen sari buah apel. Menurut Benz dan Zimmerman (1980) dalam De Vito (2006), hal tersebut dapat terjadi karena pori – pori yang terbentuk pada membran sel (elektroporasi) selama proses perlakuan PEF dapat bersifat reversible atau irreversible bergantung pada besarnya medan listrik, lama perlakuan, dan bentuk pulsa yang diterapkan. Perlakuan PEF yang telah diterapkan tidak berdeda nyata terhadap rendemen sari buah, karena efek elektroporasi yang terjadi selama proses perlakuan bersifat reversible sehingga cairan dalam sel belum keluar, akibatnya tidak semua cairan dalam buah apel ikut larut dalam proses pengepresan.
17 Toeplf et al. (2014) menambahkan, disintregasi pada sel atau pembentukan pori – pori pada membran sel terjadi ketika kuat medan listrik melebihi batas kritis transmembran potential. Pori – pori dapat bersifat reversible atau irreversible bergantung beberapa faktor, seperti ketebalan membran, bentuk dan ukuran membran sel, dan kuat medan listrik yang mengenai membran sel. Berdasarkan tipe sel, kuat medan listrik untuk menghasilkan pori – pori irreversible pada sel tumbuhan sebesar 1-2 kV/cm dan untuk sel mikroorganisme sebesar 10-14 kV/cm. Kemudian untuk jumlah pori – pori yang terbentuk pada membran sel terutama dipengaruhi oleh kuat medan listrik, juga terdapat faktor lain seperti suhu dan fluiditas membran.
Gambar 14 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm) pada waktu 90 detik terhadap rendemen sari buah apel Tabel 3 Rendemen sari buah apel kontrol dan perlakuan PEF (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm pada waktu 90 detik) Perlakuan PEF No
Parameter
Kontrol
0.4 kV/cm; 90 detik
0.8 kV/cm; 90 detik
1.2 kV/cm; 90 detik
1
Rendemen (%)
53.31±0.46
53.53±1.43
54.33±1.75
54.86±1.59
Penelitian Utama Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan, yang menunjukkan tidak berbeda nyata antara perlakuan PEF 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm dan 1.2 kV/cm selama 90 detik terhadap perolehan rendemen sari buah apel, maka dipilih penelitian utama opsi 2. Dilakukan peningkatan waktu perlakuan menjadi 5 menit dan 10 menit dan menambah perlakuan kuat medan listrik yakni 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm. Perlakuan PEF yang baru menjadi kombinasi kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit.
18 Rendemen Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa rendemen akan meningkat seiring dengan semakin besar kuat medan listrik dan waktu perlakuan yang diterapkan (Gambar 15). Menurut Donsi et al. (2010) peningkatan kuat medan listrik dan waktu perlakuan PEF yang lebih lama dapat menyebabkan kerusakan membran sel, sehingga terjadi pembentukan pori-pori yang melebar dan tidak dapat kembali pada bentuk semula (irreversible) yang disebabkan oleh proses elektroporasi pada membran sel oleh muatan medan listrik. Ketika sel dikenai medan listrik dari luar, akan mempengaruhi kestabilan ion di dalam membran sel mengakibatkan meningkatnya transmembran potential, permeabilitas membran sel meningkat kemudian terjadi pembentukan pori – pori pada membran sel akibat tekanan dari luar (Toeplf et al. 2014). Hasil analisis ragam pada lampiran 3 menunjukkan beda nyata (P<0.05) antara kuat medan listrik dan waktu perlakuan terhadap rendemen sari buah apel. Pada uji lanjut DMRT menunjukkan tidak beda nyata (P>0.05) antara perolehan rendemen kontrol atau tanpa perlakuan PEF terhadap rendemen perlakuan PEF 0.4 kV/cm dan 0.8 kV/cm sedangkan berbeda nyata terhadap rendemen perlakuan PEF 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm, dan 4 kV/cm. Pori – pori yang terbentuk pada membran sel mengakibatkan cairan di dalam sel keluar, sehingga komponen – komponen yang terdapat pada buah apel mampu ikut terlarut dengan mudah pada saat proses ekstraksi berlangsung.
Gambar 15 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm) pada waktu perlakuan (5 menit dan 10 menit) terhadap rendemen sari buah apel Peningkatan rendemen tertinggi terjadi pada kuat medan listrik 4 kV/cm selama 10 menit dengan rendemen sebesar 77.73% dan terendah pada kuat medan listrik 1.2 kV/cm selama 5 menit sebesar 59.79% (Tabel 4). Dari hasil yang diperoleh juga menunjukkan peningkatan waktu perlakuan dapat meningkatkan perolehan rendemen sari buah apel.
19 Sebagai contoh, pada perlakuan kuat medan listrik 1.2 kV/cm selama 5 menit diperoleh rendemen sebesar 59.79% kemudian meningkat menjadi 62.88 % pada perlakuan kuat medan listrk 1.2 kV/cm selama 10 menit. Data lengkap perolehan rendemen sari buah apel dapat dilihat pada Lampiran 5. Perlakuan PEF pada kuat medan listrik 1.2 kV, 2.5 kV/cm, dan 4 kV/cm pembentukan pori – pori pada membran sel sudah irreversible sehingga proses pengepresan menjadi lebih mudah dan diperoleh rendemen sari buah lebih banyak. Akan tetapi pada perlakuan PEF 0.4 kV/cm dan 0.8 kV/cm belum mampu membentuk pori – pori pada membran sel secara permanen, yang mana pori – pori menutup kembali setelah perlakuan PEF sehingga proses pengepresan tidak maksimal. Pada penelitian Grimi et al. (2011) perlakuan PEF 0.4 kV/cm sebanyak 1000 pulsa persegi dengan durasi pulsa 100 µs sudah mampu meningkatkan rendemen sari buah sebesar 20% dibandingkan dengan tanpa perlakuan PEF. Sedangkan pada penelitian ini peningkatan rendemen sari buah baru terjadi setelah perlakuan 1.2 kV/cm pada waktu 5 menit, hal ini terjadi karena pada penelitian Grimi et al. (2011) dilakukan pembentukan pulsa monopolar persegi menggunakan PEF generator, sedangkan penelitian yang telah dilakukan tidak dilakukan pembentukan pulsa yang berarti pulsa keluaran dari power supply berbentuk monopolar eksponensial menurun. Barbosa et al. (1999) mengatakan bahwa pulsa persegi lebih efektif dalam menyebabkan disintegrasi sel, namun memerlukan lebih banyak energi. Vitamin C Vitamin C atau asam askorbat adalah vitamin yang paling tidak stabil diantara semua vitiamin yang ada. Vitamin C mudah mengalami kerusakan selama proses pengolahan dan penyimpanan. Vitamin ini memiliki sifat sangat mudah larut dalam air, mudah teroksidasi dalam proses terutama oleh panas, sinar, alkali serta oleh katalis tembaga dan besi (Winarno 2008). Hasil analisis ragam pada lampiran 5 menunjukkan bahwa perlakuan kuat medan listrik dan waktu perlakuan tidak mempengaruhi kandungan vitamin C sari buah apel secara signifikan (P>0.05). Kandungan vitamin C yang terkandung pada sari buah apel kontrol sebesar 4.34 mg/100g, nilai ini tidak berbeda nyata dengan sari buah apel pada perlakuan kuat medan listrik 4 kV/cm selama 10 menit (3.90 mg/100g) (Tabel 4). Hasil tersebut sama dengan penelitian yang telah dilakukan Evrendilek et al. (2000) bahwa perlakuan PEF dapat menjaga kandungan vitamin C dari sari buah apel. Perlakuan PEF dapat menjaga kandungan vitamin C sari buah apel karena saat proses treatment hanya sedikit menimbulkan panas. Dibandingkan dengan blanching, dari hasil penelitian (Paul dan Ghosh 2012) perlakuan blanching (70, 80, dan 90oC) pada jus buah delima menunjukkan penurunan kadar vitamin C semakin besar seiring dengan kenaikan suhu, Retensi tertinggi sebesar 69% diperoleh pada perlakuan blanching pada suhu 70oC selama 90 menit. Pengolahan sari buah apel dengan menggunakan panas akan mengurangi kualitas sari buah apel yang dihasilkan karena adanya oksidasi yang menyebabkan berkurangnya kandungan vitamin C dan kehilangan rasa dan aroma asli dari apel tersebut, sedangkan bila menggunakan teknologi PEF, sari buah apel tidak kehilangan vitamin C (Hawa dan Putri 2011).
20 Hasil penelitian pada Gambar 16 menunjukkan vitamin C pada semua kombinasi perlakuan menunjukkan nilai yang hampir sama, namun cenderung mengalami penurunan, untuk data lengkap vitamin C dapat dilihat pada lampiran 4. Hal tersebut terjadi diakibatkan oleh proses oksidasi vitamin C menjadi asam L – dehidroaskorbat. Asam L – dehidroaskorbat secara kimia sangat labil dan dapat mengalami perubahan lebih lanjut menjadi asam L – diketogulonat yang tidak memiliki keaktifan vitamin C, dimana oksidasi dipengaruhioleh panas, sinar, alkali serta oleh katalis tembaga dan besi (Winarno 2008). Pada saat perlakuan PEF mengakibatkan buah apel lebih lama terpapar udara luar dan sinar, sehingga dapat mempercepat proses oksidasi.
Gambar 16 Pengaruh kuat medan listrik (0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm) pada waktu perlakuan (5 menit dan 10 menit) terhadap kadar vitamin C sari buah apel. Perlakuan Terbaik Perlakuan terbaik dipilih berdasarkan peningkatan rendemen sari buah apel terbanyak dari nilai rendemen tiap perlakuan PEF yang berbeda nyata (P<0.05) terhadap nilai rendemen sampel kontrol. Tabel perolehan rendemen dan vitamin C sari buah hasil perlakuan PEF terhadap kontrol dapat dilihat pada Tabel 4. Berdasarkan Tabel 4 dapat disimpulkan bahwa perlakuan terbaik diperoleh pada perlakuan PEF 4 kV/cm selama 10 menit dengan perolehan rendemen sari buah apel sebasar 77.73% dan kandungan vitamin C 3.90 mg/100 g. Terjadi peningkatan rendemen sebesar 24.42% terhadap rendemen kontrol (53.31%) dan menurunnya kandungan vitamin C sebesar 0.44 mg/100g. Hasil peningkatan rendemen sebesar 24.42% ini tidak berbeda jauh dengan hasil dari penelitian Grimi et al. (2011), dimana diperoleh peningkatan rendemen sari buah apel sebesar 20% pada perlakuan PEF 0.4 kV/cm, sebanyak 1000 pulsa persegi dengan durasi pulsa 100 µs dibandingkan dengan tanpa perlakuan PEF.
21 Tabel 4 Rendemen dan vitamin C sari buah apel kontrol dan perlakuan PEF 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm pada waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit No
Parameter
kontrol
0.4
0.8
5
10
5
Perlakuan PEF (kV/cm; menit) 1.2 2.5 10 5 10 5
4 10
5
10
1
Rendemen (%)
53.31± 0.46a
53.51 ±1.76a
55.15± 2.80a
53.07 ±0.89a
54.94± 1.08a
59.79± 0.89b
62.88± 0.32c
62.25± 1.18bc
64.44± 0.70c
72.72± 2.69d
77.73 ±0.37e
2
Vitamin C (g/100g)
4.34± 0.13
4.19± 0.18
3.90± 0.28
4.02± 0.35
3.96± 0.09
3.96± 0.26
3.93±. 0.13
3.99± 0.21
3.93± 0.50
3.96± 0.15
3.90± 0.13
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Perlakuan PEF terbukti berpengaruh dalam meningkatkan rendemen sari buah apel dan menjaga kadar vitamin C. Pengaruh perlakuan PEF terjadi pada perlakuan kuat medan listrik 1.2 kV/cm, 2.5 kV/cm, dan 4 kV/cm dan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit. Perolehan rendemen tertinggi pada kuat medan listrik 4 kV/cm selama 10 menit dengan rendemen sebesar 77.73 % dan terendah pada kuat medan listrik 1.2 kV/cm selama 5 menit sebesar 59.79%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen akan meningkat seiring dengan semakin besar kuat medan listrik dan waktu perlakuan yang diterapkan. Perlakuan terbaik terjadi pada perlakuan kuat medan listrik 4 kV/cm dan lama waktu 10 menit. Perlakuan tersebut meningkatkan rendemen sari buah sebesar 24.42% terhadap perolehan rendemen tanpa perlakuan PEF, dan penurunan vitamin C sebesar 0.44 mg/100 g. Saran Penelitian ini masih belum mempertimbangkan bentuk pulsa yang dihasilkan dalam perlakuan PEF sehingga tidak ada analisis mendalam terkait pengaruh bentuk pulsa terhadap keefektifan perlakuan PEF yang diterapkan. Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk dapat melakukan pembentukan pulsa menggunakan alat PEF generator, juga agar saat perlakuan PEF antara sampel dengan elektroda dapat bersentuhan karena hal ini disinyalir mempengaruhi keefektifan perlakuan PEF yang diterapkan. Perekaman bentuk pulsa menggunakan alat osiloskop.
22
DAFTAR PUSTAKA Barbosa Canovas GV, Nieto MG, Pothakamury UR, Swanson BG. 1999. Preservation of Foods with Pulsed Electric Fields. New York (US): Academic Press. De Vito F. 2006. Aplication of Pulsed Electric Field (PEF) Thecniques in Food Processing [thesis]. Fisciano (ITA): Universitas Salerno. Donsi F, Ferrari G, Pataro G. 2010. Application of pulsed electric field treatments for the enhancementof mass transfer from vegetables tissue. Food Engineering Review. 2:109-130. Evrendilek GA, Jin ZT, Ruhlman KT, Qiu X, Zhang QH, Richter ER. 2000. Microbial safety and shelf-life of apple juice and cider processed by bench and pilot scale PEF system. Innovation Food Science & Technologies. 1:7786. Fellows PJ. 2000. Food Processing Technology, 3rd ed. Cambridge (UK): Woodhead Publishing. Grimi N, Lebovka N, Vorobiev E, Vaxelaire J. 2009. Effect of pulsed electric field treatment on expression behavior and juice quality of chardonnay grape. Food Biphysics. 4:191-198. Grimi N, Mamouni F, Lebovka N, Vorobiev E, Vaxelaire J. 2011. Impact of apple processing modes on extracted juice quality: Pressing assisted by pulsed electric fields. Journal of Food Engineering. 103:52-61. Guderjan M, Toepfl S, Angersbach A, Knorr D. 2005. Impact of pulsed electric field treatment on the recovery and quality of plant oil. Journal of Food Engineering. 67:281-287. Hanjoko H. 1995. Pengaruh penambahan natrium benzoat terhadap mutu sari buah apel (Malus pumilla var. Rome Beauty) selama penyimpanan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Hawa LC, Putri RI. 2011. Penerapan pulsed electric field pada pasteurisasi sari buah apel varietas ana: Kajian karakteristik nilai gizi, sifat fisik, sifat kimiawi dan mikroba total. Agritech [Internet]. [diunduh pada 2016 Feb 9]: 31(4). Tersedia pada: https://jurnal.ugm.ac.id/agritech/article/download/9 643/7218. Hollman PCH. 2001. Evidence for health benefits or plant phenols: local or systemic effects. Journal of the Science of Food and Agriculture. 81:842-852 Kemenperin. 2012. Prospek dan Tren Industri Minuman Ringan Indonesia Memasuki 2012. http://www.kemenperin.go.id/jawaban_attachment.Php?id =6023&id_t=21964. [diakses tanggal 21 Feb 2016]. Kerkai EH. 2006. Manufacturing fruit beverages. Di dalam: Hui YH, editor. Handbook of Fruits and Fruit Processing [Internet]. Oxford (UK): Garsington Road. hlm 205-215; [diunduh 2016 Mar 18]. Tersedia pada: http://frutvasf.univasf.ed u.br/imag es/fruits.pdf. Matthews KR. 2006. Microorganisms associated with fruits and vegtables. Di dalam: Matthews KR, editor. Microbiology of Fresh Produce; Washington DC(US): ASM Press. hlm 1-19. Michiganapples. 2006. Michigan Apples Varietis [Internet]. Maret 2016. http://w ww.michiganapples.com/About/Varieties. [diakses tanggal 31 Des 2016].
23 Nuraini R. 1999. Proses Pengolahan Minuman Sari Buah Di CV Karsa Pangan Mandala, IPB [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Paul R, Ghosh U. 2012. Effect of thermal treatment on ascorbic acid content of pomegranate juice. Indian Journal of Biothecnology. 11:309-313. Schilling S, Alber T, Toepfl S, Neidhart S, Knorr D, Schieber A, Carle R. 2007. Effect of pulsed electric field treatment of apple mash on juice yield and quality of apple juice. Innovation Food Science and Emerging Technologies. 8:127-134. Sinha NK. 2006. Apple. Di dalam: Hui YH, editor. Handbook of Fruits and Fruit Processing [Internet]; Oxford (UK): Garsington Road. hlm 265-278; [diunduh 2016 Maret 18]. Tersedia pada: http://frutvasf. univasf. edu.br/im ag es/fruits.pdf. Toepfl S, Siemer C, Heinz V. 2014. Effect of high-intensity electric field pulses on solid food. Di dalam: Sun, DW., editor. Emerging Technologies for Food Processing 2nd Edition [Internet]; London (UK): Jamestown Road. hlm 147 – 154; [diunduh 2016 Februari 20]. Tersedia pada: http://libgen.io/ge t/9046 33FA7D0E775707416F09E958BF81/%28Food%20science%20and%20tech nology%29%20DaWen%20SunEmerging%20technologies%20for%20fod% 20processing-Academic%20Press%2C%20%2C%20Elsevier%20Ltd%2 0% 282015%29.pdf. USDA. 1981. The Plant Database [Internet]. Desember 2016. http://plants.usda. gov/java/ClassificationServlet?source=display& classid=MALUS. [diakses tanggal 31 Des 2016]. USDA. 2003. National Nutrient Database [Internet]. Oktober 2014. http://ww w.nal.usda.gov/fnic/foodcom p/. [diakses tanggal 31 Des 2016]. Winarno FG. 2008. Kimia Pangan dan Gizi Edisi Terbaru. Bogor (ID): M-BRIO PRESS. Xin Y, Zhang M, Xu B, Adhikari B, Sun J. 2015. Research trends in selected blanching pretreatment and quick freezing technologies as applied in fruits and vegtables: A review [Internet]. [diunduh 2017 Jan 1]; 10.1016/j.jfooden g.2016.09.011. Tersedia pada: http://www.sciencedirect.com/science/art icle/ pii/S026087741630322. Yulianti. 2014. Penanganan Sortasi Buah Apel Fuji Sun Moon (Malus sylvestri L) di Hypermart Gorontalo Kota Gorontalo [thesis]. Gorontalo (ID): Universitas Negeri Gorontalo.
24 Lampiran 1 Data rendemen sari buah pada perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm selama waktu 90 detik Perlakuan
Ulangan
Berat Apel
Berat sari buah
Rendemen (%)
1
53.36
28.18
52.81%
2
48.42
25.85
53.39%
3
52.79
28.37
53.74%
Rata - rata
53.31%
Kontrol
0.4 kV/cm, 90 s
0.8 kV/cm, 90s
1.2 kV/cm, 90s
1
47.44
25.78
54.34%
2
50.99
26.45
51.87%
3
49.06
26.68
54.38%
rata - rata
53.53%
1
50.43
27.61
54.75%
2
50.23
28.05
55.84%
3
47.67
24.98
52.40%
rata - rata
54.33%
1
50.13
28.4
56.65%
2
48.92
26.58
54.33%
3
49.52
26.54
53.59%
rata - rata
54.86%
25 Lampiran 2 Analisis sidik ragam rendemen sari buah apel pada perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm selama waktu 90 detik
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Rendemen Type III Sum Source
of Squares
df
Mean Square
F
Sig.
4.605a
3
1.535
.775
.540
32861.380
1
32861.380
16581.234
.000
2.677
2
1.339
.675
.536
Perlakuan_T (waktu)
.000
0
.
.
.
Perlakuan_V * Perlakuan_T
.000
0
.
.
.
Error
15.855
8
1.982
Total
35022.180
12
20.460
11
Corrected Model Intercept Perlakuan_V (medan listrik)
Corrected Total a.
R Squared = .225 (Adjusted R Squared = -.066)
Keterangan : Jika nilai sig.<0.05 maka perlakuan berbeda nyata pada α=0.05
26 Lampiran 3 Analisis sidik ragam rendemen sari buah apel pada komboinasi perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Rendemen Type III Sum Source
of Squares
df
Mean Square
F
Sig.
2054.303a
10
205.430
96.713
.000
100908.677
1
100908.677
47506.014
.000
1796.417
4
449.104
211.430
.000
Perlakuan_T (waktu)
57.104
1
57.104
26.884
.000
Perlakuan_V * Perlakuan_T
11.312
4
2.828
1.331
.290
Error
46.731
22
2.124
Total
124454.009
33
2101.034
32
Corrected Model Intercept Perlakuan_V (medan listrik)
Corrected Total a.
R Squared = .978 (Adjusted R Squared = .968)
Keterangan : Jika nilai sig.<0.05 maka perlakuan berbeda nyata pada α=0.05 Rendemen Kuat Medan Listrik dan Waktu Duncana,b
Subset N
1
2
3
800 V/cm, 5 menit
3
53.0733
Kontrol
3
53.3133
0.4 kV/cm, 5 menit
3
53.5067
0.8 kV/cm, 10 menit
3
54.9367
400 V/cm, 10menit
3
55.1500
1.2 kV/cm, 5 menit
3
59.7900
2.5 kV/cm, 5 menit
3
62.2500
1.2 kV/cm, 10 menit
3
62.8800
2.5 kV/cm, 10 menit
3
64.4433
4 kV/cm, 5 menit
3
4 kV/cm, 10 menit
3
Sig.
The error term is Mean Square(Error) = 2.124. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000. b. Alpha = .05.
5
62.2500
72.7233 77.7333 .131
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on observed means.
4
.051
.094
1.000
1.000
27 Lampiran 4 Data rendemen sari buah dan vitamin C pada komboinasi perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit
28 Lampiran 5 Analisis sidik ragam vitamin C pada komboinasi perlakuan kuat medan listrik 0.4 kV/cm, 0.8 kV/cm, dan 1.2 kV/cm 2.5 kV/cm dan 4 kV/cm dengan waktu perlakuan 5 menit dan 10 menit
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Vitamin C Type III Sum Source
of Squares
df
Mean Square
F
Sig.
.564a
10
.056
.896
.552
461.796
1
461.796
7334.823
.000
Perlakuan_V (medan listrik)
.052
4
.013
.206
.932
Perlakuan_T (waktu)
.075
1
.075
1.194
.286
Perlakuan_V * Perlakuan_T
.073
4
.018
.292
.880
Error
1.385
22
.063
Total
532.079
33
1.949
32
Corrected Model Intercept
Corrected Total
a. R Squared = .289 (Adjusted R Squared = -.034)
Keterangan : Jika nilai sig.<0.05 maka perlakuan berbeda nyata pada α=0.05
29 Lampiran 6 Prinsip kerja alat high voltage power supply
30 Lampiran 7 Data kadar air apel fuji dan contoh perhitungannya Ulangan
Berat cawan
Berat apel (Sebelum)
Berat Cawan + Apel (Sebelum oven)
Berat Cawan + Apel (Setelah oven)
Berat apel (Setelah)
Berat air
Kadar air
1
4.5321
5.0053
9.5374
5.5453
1.0132
3.9921
79.76%
2
4.4284
4.9845
9.4129
5.2301
0.8017
4.1828
83.92%
3
4.5869
5.0844
9.6713
5.8041
1.2172
3.8672
76.06%
4
4.2146
4.9263
9.1409
5.2353
1.0207
3.9056
79.28%
Rata - rata Standar deviasi
Ket.: Berat dinyatakan dalam satuan gram
Contoh perhitungan: 𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 = 𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 =
𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛−𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛
× 100%
5.0053 − 1.0132 ×100 % = 79.76% 5.0053
79.75% 3.22450975
31
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 31 Juli 1994 di Kabupaten Wonogiri, Jawa Tengah. Penulis merupakan anak pertama dari pasangan Bapak Muhtadi dan Ibu Tri Nuryanti. Penulis memulai pendidikan formalnya pada tahun 2000-2006 di SD Negeri 2 Pule, 2006 – 2009 di SMP Negeri 1 Selogiri Kabupaten Wonogiri. Tahun 2009-2012 di SMA Negeri 1 Tawangsari Kabupaten Sukoharjo dan di tahun 2012 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur SNMPTN undangan. Selama kuliah penulis pernah aktif dibeberapa organisasi dan kegiatan kemahasiswaan. Organisasi yang pernah diikuti adalah Dewan Mushola Asrama C2 pada tahun 2012, Baktiku untuk IPB 2012, BEM muda Fateta 2013, Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA IPB) pada tahun 2013-2016 dan berbagai kegiatan kemahasiswaan lainya. Penulis melaksanakan praktik lapangan di PT. Perkebunan Nusantara VIII Unit Sinumbra Bandung, dengan judul Mempelajari Sistem Rantai Pasok di PT. Perkebunan Nusantara VIII unit Sinumbra. Penulis menyelesaikan tugas akhir pada tahun 2016 dengan Aplikasi Pulsed Electric Field (PEF) Sebagai Pretreatment pada Ekstraksi Buah Apel Varietas Fuji dibawah bimbingan Dr. Ir. Lilik Pjantoro Eko Nugroho, M.Agr.
