BAB I PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang Masalah Indonesia merupakan salah satu negara penghasil produk hortikultura seperti buah-buahan dan sayuran tropis. Produk hortikultura Indonesia memiliki keanekaragaman dan keunggulan cita rasa yang cukup baik bila dibandingkan dengan buah-buahan dan sayuran dari negara-negara penghasil buah dan sayur tropis lainnya. Beberapa contoh buah dan sayur yang banyak dihasilkan di Indonesia adalah apel, jeruk, manggis, mangga, durian, pisang, tomat, pepaya semangka, melon, kubis, brokoli,dll. Berdasarkan data Kementrian Pertanian RI pada tahun 2013, produksi hortikultura di Indonesia terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Produksi yang semakin meningkat tidak diikuti dengan persebarannya yang merata di Indonesia. Persebaran hasil produksi hortikultura sangat tergantung pada proses penyimpanan dan pengiriman buah dan sayur. Pengiriman dan penyimpanan memerlukan waktu sebelum sampai kepada konsumen. Pengiriman dan penyimpanan yang terlalu lama dapat membuat buah busuk setelah sampai tempat tujuan. Beberapa penelitian mengenai pengawetan buah dan sayur telah banyak dilakukan dengan tujuan memperpanjang umur simpan produk hortikultura tersebut. Salah satunya dapat dilakukan dengan cara cara menjerap etilen yang dihasilkan oleh buah itu sendiri dengan proses adsorpsi menggunakan adsorben
1
berbasis silica maupun karbon (Kristianingrum, 2007). Etilen merupakan senyawa yang berperan sebagai pengatur dalam banyak proses pertumbuhan tanaman, perkembangan dan mempercepat pemasakan buah dan sayuran. Etilen merupakan senyawa yang dihasilkan tanaman yang terjadi secara alami. Etilen dikeluarkan selama proses pemasakan buah dan sayuran. Etilen dapat mengakibatkan buah menjadi masak dan cepat busuk, sedangkan untuk sayur dan bunga adanya gas etilen dapat mengakibatkan cepat layu. Buah-buahan, sayur-mayur, dan bunga memiliki sel yang peka terhadap rangsangan etilen. Buah tomat, alpukat, dan pisang yang dimasukkan ke dalam kantong dapat menyebabkan produk tersebut cepat masak. Peningkatan konsentrasi etilen yang terdapat di dalam kantong merupakan etilen yang dilepaskan oleh buah-buahan itu sendiri. Selain itu, etilen juga bertindak sebagai stimulan dan diserap kembali untuk memproduksi etilen yang lebih besar. Keseluruhan efek tersebut akan mempercepat pemasakan dan produk menjadi cepat rusak. Demikian pula pada lemari es yang tertutup rapat akan memungkinkan peningkatan konsentrasi gas etilen. Efek yang sama dapat dilihat pada lingkungan tertutup lainnya seperti kereta, truk dan container. Pengontrolan gas etilen yang dihasilkan terus menerus sebagai produk metabolisme setelah pengemasan akan memperpanjang masa simpan produk hortikultura yang disimpan. Proses pematangan akan tertunda jika gas etilen dapat diminimalisir (Winarno,1981). Penyimpanan produk hortikultura memiliki arti penting secara ekonomi bagi industri yang berhubungan dengan produk-produk hortikultura. Dengan penyimpanan memungkinkan produsen dan penjual untuk
2
mengatur persediaan pada saat permintaan lemah dan kuat, dapat memelihara persediaan, dan dapat menstabilkan harga. Oleh karena itu, memindahkan etilen dari ruang penyimpan dan lingkungan pengiriman akan memperlambat produk cepat rusak dan meningkatkan keuntungan. Pada penelitian ini proses pengawetan buah akan dilakukan dengan penjerapan etilen menggunakan adsorben berbasis karbon. Adsorben berbasis silica seperti zeolit maupun adsorben berbasis karbon seperti karbon aktif tidak dapat digunakan langsung untuk menjerap etilen. Untuk dapat digunakan dalam menjerap etilen diperlukan modifikasi pada permukaan adsorben untuk meningkatkan kapasitas penjerapannya terhadap etilen. Bahan baku adsorben yang akan digunakan pada penelitian ini adalah limbah kulit manggis.
Tabel 1.1. Produksi Buah Manggis di Indonesia Tahun 2010-2014 Tahun
Jumlah Produksi (ton)
2010 2011 2012 2013 2014
79.003 80.762 82.521 84.280 86.039
Manggis (Garcinia mangostana L.) merupakan tanaman yang berasal dari Indonesia dan banyak dijumpai di Asia Tenggara seperti Thailand, Malaysia, Singapura, Vietnam dan beberapa daerah di Afrika. Setiap bagian dari buah manggis dapat dimanfaatkan bagi kesehatan. Manggis memiliki kandungan antioksidan terutama pada bagian kulitnya. Karena begitu banyak manfaat dari buah ini maka permintaan akan buah ini terus meningkat. Untuk memenuhi
3
kebutuhan tersebut, Kementerian Pertanian bekerja sama dengan petani meningkatkan produksi buah manggis dari tahun ke tahun seperti terlihat pada Tabel 1.1. Melihat konsumsi dan pemanfaatan manggis yang semakin meningkat beberapa tahun terakhir ini, maka hal ini juga akan meningkatkan residu kulit manggis. Untuk setiap 10 kg manggis yang dipanen, lebih dari 6 kg kulit manggis dihasilkan. Limbah kulit manggis ini dapat dieksplorasi sebagai potensi baru yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan adsorben berbasis karbon untuk memperoleh nilai ekonomi yang lebih (Chen et al., 2011; Devi et al., 2009). Limbah kulit manggis akan dipirolisis untuk menghasilkan karbon kemudian dilanjutkan dengan proses gasifikasi parsial menggunakan steam untuk meningkatkan luas permukaan karbon. Setelah itu, permukaan dinding pori karbon dimodifikasi dengan cara menambahkan suatu oksida logam yang dapat mengikat etilen.
1.2. Keaslian Penelitian Beberapa penelitian tentang peningkatan umur simpan buah dengan cara menjerap etilen yang dihasilkan dari respirasi buah selama penyimpanan telah banyak dilakukan oleh peneliti lain. Penelitian yang telah dilakukan diantaranya adalah penelitian yang dilakukan oleh Bailen et al. (2007) dan Martinez et al. (2009) yang mempelajari pengaruh penambahan karbon aktif teremban Pd pada penyimpanan buah tomat. Diperoleh hasil bahwa penambahan karbon aktif teremban 1% Pd selama 2 hari penyimpanan dapat mengeliminasi 50 – 61% etilen pada buah tomat sehingga dapat meningkatkan umur simpan dari buah tersebut. 4
Penelitian yang dilakukan oleh Abe dan Watada (1991) yang mempelajari pengaruh penambahan karbon aktif teremban PdCl2 pada penyimpanan buah kiwi, pisang dan bayam. Karbon aktif yang digunakan berasal dari batubara. Dari penelitian tersebut mereka menyimpulkan bahwa penambahan karbon teremban PdCl2 dapat mengurangi keberadaan etilen pada penyimpanan buah kiwi, pisang dan pada penyimpanan bayam yang dapat mengurangi perubahan warna daun pada bayam). Penelitian tentang pengaruh acidified activated carbon powder (AACP) teremban PdCl2–CuSO4 pada penyimpanan brokoli yang dilakukan oleh Cao et al. (2014). Cao mengatakan bahwa penambahan AACP teremban PdCl2-CuSO4 dapat menghilangkan etilen yang menyebabkan perubahan warna kuning pada brokoli sebanyak 21,77 mL/g pada 25oC dan 20,81 mL/g pada 5oC. AACP yang digunakan berupa activated carbon powder (ACP) berukuran 100 – 400 mesh, 1200 m2/g. Pemberian 30 g adsorben/kg brokoli dapat menambah umur simpan brokoli 2 hari lebih lama daripada tanpa penambahan adsorben. Penelitian yang dilakukan oleh Li et al. (2013) tentang penjerapan etilen menggunakan mesopore carbon sphere (MCS) (surface area 670,4 m2/g dan volume pori 2,1 cm3/g) yang teremban oksida cobalt. Peningkatan komposisi oksida cobalt dipelajari untuk melihat pengaruhnya terhadap kapasitas penjerapan etilen. Diperoleh hasil bahwa MCS teremban 30% oksida cobalt dapat menghilangkan etilen dengan hasil terbaik pada suhu 185oC. Penelitian tentang pengaruh penambahan zeolit teremban Pd pada penyimpanan pisang dan alpukat yang dilakukan oleh Smith et al. (2009). Dari
5
hasil penelitian diperoleh hasil bahwa penambahan 10 – 50 mg zeolit teremban Pd pada buah pisang Cavendish dapat memperlama kematangan buah selama 7 – 10 hari. Hasil yang sama diperlihatkan juga pada penambahan zeolit teremban Pd pada penyimpanan buah alpukat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa penambahan zeolit teremban Pd dapat secara efektif dapat menjerap etilen yang dapat memperpanjang umur simpan buah klimaterik seperti pisang dan alpukat. Sue-aok
(2010)
melakukan
penelitian
tentang
penjerapan
etilen
menggunakan zeolit NaY (surface area 832,0 m2/g) termodifikasi 5 mM KNO3, 0,5 mM RbNO3 dan 1 mM CsNO3. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil bahwa zeolit NaY termodifikasi 5 mM KNO3, 0,5 mM RbNO3 dan 1 mM CsNO3 dapat menjerap etilen lebih baik jika dibandingkan dengan zeolit NaY. K-NaY zeolit dapat menjerap etilen sebanyak 102,45 cm3/g zeolit sedangkan Rb-NaY zeolit dapat menjerap 98,5 cm3/g zeolit dan Cs-NaY dapat menjerap 90,15 cm3/g zeolit. Beberapa penelitian tentang pembuatan karbon aktif dari kulit manggis juga telah banyak dilakukan diantaranya penelitian yang dilakukan oleh Devi et al. (2009) tentang pengaruh penambahan H3PO4 terhadap karakteristik karbon yang dihasilkan dari kulit manggis. Proses pirolisis dilakukan pada suhu 700oC selama 120 menit. Diperoleh hasil bahwa penambahan 30% H3PO4 terhadap berat kulit manggis menghasilkan luas permukaan spesifik sebesar 756,40 m 2/gram dengan karbon yang dihasilkan berupa karbon mikropori. Chen et al. (2012) mempelajari pengaruh penambahan K2CO3 pada proses pembuatan karbon berpori dari kulit manggis. Metode penambahan K2CO3
6
dilakukan menggunakan 2 metode yaitu pencampuran dalam bentuk padatan (padatan K2CO3 + serbuk kulit manggis) serta perendaman kulit manggis dalam larutan K2CO3. Proses pembuatan karbon dilakukan dengan pemanasan sampai suhu 800oC selama 120 menit. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa penambahan K2CO3 dengan rasio K2CO3/karbon 1:1 dengan cara merendam serbuk kulit manggis dalam larutan K2CO3 memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan pencampuran K2CO3 dan serbuk kulit manggis dalam bentuk padatan. Diperoleh luas permukaan spesifik tertinggi sebesar 1106 m2/gram. Ahmad dan Alrozi (2010) mempelajari tentang pengaruh penambahan KOH dan CO2 pada proses pembuatan karbon berpori dari kulit manggis. Proses pirolisis dilakukan pada suhu 700oC selama 120 menit. Diperoleh hasil berupa luas permukaan spesifik tertinggi dari karbon yang dihasilkan adalah 994,21 m2/gram. Sebagian besar penelitian tentang peningkatan umur simpan buah dengan cara penjerapan etilen dilakukan menggunakan logam Pd dan KMnO4 yang teremban pada karbon maupun zeolit. Oleh karena itu pada penelitian ini akan digunakan logam lain yang terembankan pada karbon yang akan digunakan sebagai penjerap etilen. Selain itu, dari beberapa penelitian mengenai penjerapan etilen yang telah dilakukan masih jarang yang mempelajari tentang kesetimbangan menggunakan persamaan adsorpsi isotherm. Selain itu, pembuatan karbon berpori dengan bahan baku berupa limbah sisa ekstraksi kulit manggis belum pernah dilakukan.
7
Pada penelitian ini
dilakukan proses
pengawetan
buah dengan
memanfaatkan limbah sisa ekstraksi kulit manggis sebagai bahan baku adsorben penjerap etilen. Limbah sisa ekstraksi kulit manggis mampu menghasilkan karbon dengan luas permukaan pori yang cukup besar. Selain itu, pemanfaatan limbah ekstraksi kulit manggis dapat mengurangi pembuangan limbah ini ke lingkungan akibat meningkatnya permintaan manggis akhir-akhir ini. Namun kemampuan adsorben berbasis karbon dalam menjerap etilen sangat rendah sehingga untuk meningkatkan kapasitas adsorben berbasis karbon dalam menjerap etilen dilakukan modifikasi pada permukaan adsorben menggunakan oksida logam. Oksida cobalt digunakan karena mempunyai kemampuan untuk menjerap etilen dan merupakan logam dengan harga murah sehingga menguntungkan dari sisi ekonomi. Dengan luas permukaan karbon berpori yang besar dan dengan memodifikasi permukaannya menggunakan oksida cobalt diharapkan akan dapat meningkatkan
kapasitas
penjerapan
dari
etilen.
Studi
kesetimbangan
menggunakan persamaan adsorpsi isotherm akan dilakukan untuk mengetahui kapasitas penjerapan etilen dari adsorben yang digunakan.
1.3. Manfaat Penelitian 1. Bagi ilmu pengetahuan, diharapkan dapat berkontribusi memberikan informasi kapasitas penjerapan karbon berpori teremban cobalt terhadap gas etilen dan memberikan alternatif metode untuk meningkatkan umur simpan buah.
8
2. Bagi bangsa dan negara, diharapkan dapat membantu pemerintah dalam rangka pemerataan persebaran buah dan sayur di Indonesia dengan cara meningkatkan umur simpan buah.
1.4. Tujuan Penelitian Tujuan umum dari penelitian ini adalah memanfaatkan limbah ekstraksi kulit manggis yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan karbon berpori pengemban oksida logam yang dapat menjerap etilen yang dihasilkan oleh buah dalam rangka peningkatan umur simpan buah. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah 1. Memperoleh data luas permukaan karbon dari limbah sisa ekstraksi kulit manggis akibat peningkatan suhu karbonisasi dan waktu karbonisasi. 2. Mendapatkan karbon mesopori yang berasal dari limbah sisa ekstraksi kulit manggis yang dapat digunakan untuk proses impregnasi logam dengan proses gasifikasi parsial menggunakan steam pada proses karbonisasi. 3. Memperoleh data kapasitas penjerapan etilen pada karbon teremban oksida cobalt yang berasal dari limbah ekstraksi kulit manggis sebagai akibat penambahan komposisi oksida cobalt, perbedaan garam yang digunakan dan peningkatan suhu proses adsorpsi. 4. Memperoleh data umur simpan buah akibat peningkatan rasio massa adsorben dengan massa buah pisang Cavendish.
9
