BAHAN DAN METODE PENELITIAN

BAHAN DAN METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bahan Pangan Bidang Proses Radiasi Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN Jakarta, Bidang Akselerator Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB) BATAN Yogyakarta dan Southeast Asian Food and Agricultural Science and Technology (SEAFAST) Center Institut Pertanian Bogor (IPB). Penelitian ini terdiri dari dua tahap yaitu penelitian pendahuluan dan utama. Penelitian pendahuluan dilaksanakan dari bulan Oktober-November 2004 dan penelitian utama dari bulan Juli 2005 - Maret 2006. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tepung terigu dan serangga uji T. castaneum yang diperoleh dari Laboratorium Pest and Diseases Management SEAMEO-BIOTROP Bogor. Bahan kimia yang diperlukan dalam penelitian ini terdiri dari alanin, FeSO4, H2SO4, cellulose triacetate (CTA) film merk fuji film buatan Jepang, dosimeter penanda merk Etigam b.v buatan Belanda, alkohol, akuades dan bahan penunjang yang diperlukan meliputi kain jaring serangga, toples, botol serangga, saringan, kaca pembesar, plastik polietilen. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Iradiator Gamma Chamber 4000A, Iradiator Panorama Serbaguna (IRPASENA) sebagai sumber radiasi sinar gamma dari radioisotop [60Co] dan mesin berkas elektron (MBE) 350 keV 10 mA sebagai sumber radiasi sinar berkas elektron. Kedua sumber radiasi ini digunakan untuk mengiradiasi sampel. Alat ukur CTA reader dan Spectrophotometer merk Spectronic digunakan untuk mengukur dosimetri. Analisis radikal dari dosimeter alanin dan tepung terigu setelah iradiasi dari radioisotop [60Co] dan MBE menggunakan electron spin resonance (ESR) JEOL model JESRE1X merk Shimadzu buatan Jepang, timbangan neraca, alat gelas dan alat penunjang lainnya. Gambar peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 1.

Bahan dan Metode Penelitian

25

Metode Penelitian Metode yang diterapkan pada penelitian ini mengacu pada justifikasi dari tujuan yaitu teknik optimasi iradiasi mesin berkas elektron terhadap ketebalan tepung terigu dan dosis radiasi sinar gamma untuk disinfestasi pada larva, pupa, dan serangga dewasa (imago) T. castaneum. Sebelum dioperasikan untuk kegiatan penelitian sumber radiasi mesin berkas elektron terlebih dahulu dilakukan tahapan optimasi terhadap karakteristik iradiasi berkas elektron seperti tegangan, arus berkas, kecepatan konveyor, jarak target antara pemayar (windows) dengan sampel, sehubungan dengan penetrasinya kedalam sampel yang berbentuk bubuk. Penerapan iradiasi MBE terhadap dosis disinfestasi serangga dewasa T. castaneum akan mengacu pada iradiasi sinar gamma. Luarannya meliputi tebal sampel, cara iradiasi (pass), posisi iradiasi dan arus berkas dari mesin berkas elektron yang ditentukan dari dosimetri. Tahap dan luaran dari kegiatan penelitian ini mencakup informasi teknis penguasaan teknologi aplikasi iradiasi mesin berkas elektron (MBE) untuk disinfestasi serangga dewasa T. castaneum, sedang tahap penelitian dan luaran yang diharapkan dari tahap-tahap penelitian tersebut, dapat digambarkan di dalam diagram yang tertera pada Gambar 10. Penelitian Pendahuluan : Proses Radiasi Mesin Berkas Elektron terhadap Tepung Terigu Persiapan sampel. Sampel dirancang dengan menghitung ketebalan dan densitasnya berdasarkan asumsi daya tembus energi yang dihasilkan mesin berkas elektron dengan luasan tetap. Persiapan alat mesin berkas elektron 350 keV, 10 mA. Tahapan ini untuk mendapatkan informasi kinerja alat mesin berkas elektron berupa tegangan, arus berkas, kecepatan konveyor, jarak pemayar ke target termasuk peta dan efisiensi daerah isodosis iradiasi. Dosimetri. Pengukuran dosis serap yang akan digunakan dalam penelitian dan dibuat kurva kalibrasi hubungan intensitas signal radikal dosimeter alanin dan optical density (OD) dari CTA film terhadap dosis serap.


26


27

Penelitian Tahap I Uji coba iradiasi mesin berkas elektron dan justifikasi dari hasil perhitungan teoritis (tebal sampel dan penetrasi berkas elektron), serta arus berkas dari mesin berkas elektron terhadap dosis serap dari kurva kalibrasi dosimeter. Adapun rancangan percobaan yang digunakan ada 2 faktor perlakuan yaitu faktor tebal sampel tepung terigu dan cara iradiasi (pass). Untuk masing-masing faktor perlakuan meliputi : 1. Fakor tebal tepung terigu (A) ada 5 taraf (1000; 800; 600; 400; 200) µm 2. Faktor cara iradiasi (pass) ada 4 taraf masing-masing dari (0, 1, 2, 3) pass Iradiasi MBE dengan kondisi tegangan (300 kV), arus berkas (550 µA), kecepatan konveyor (4 cm/detik), jarak pemayar ke target 20 cm. Skematik penelitian tahap I proses radiasi MBE terhadap tepung terigu dapat dilihat pada Gambar 11. Pengamatan. Pengamatan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan posisi iradiasi yang berkaitan dengan tebal sampel terhadap penetrasi sinar berkas elektron yang diterima : 1. Pengamatan dosimetri terhadap proses radiasi MBE dilakukan dengan dosimeter CTA film (Tanaka et al. 1977; IAEA 2002; McLaughlin et al. 1989) dengan alat ukur CTA Reader dan alanin dosimeter (Sudiro 1991; Sudradjat et al. 1998) dengan alat ukur electron spin resonance (ESR). 2. Interaksi berkas elektron pada tepung terigu akan tergantung pada energi yang diberikan dan diamati radikal bebas alanin dan tepung terigu dengan alat ukur electron spin resonance (ESR). Analisis Data. Dari hasil pengamatan dilakukan analisis data sebagai berikut: 1. Hasil pengukuran dosimetri yang dilakukan selama proses radiasi MBE akan diperoleh kurva kalibrasi dan kondisi MBE meliputi tegangan, arus berkas, kecepatan konveyor dan jarak pemayar ke target. 2. Data dari perubahan tingkat iradiasi arus berkas untuk alanin dan tepung terigu dibuat plot data antara intensitas signal electron spin resonance (ESR) terhadap pass dan tebal tepung terigu.


Tepung terigu dengan variasi tebal (1000; 800; 600; 400; 200) µm

1000

Cara iradiasi - 0 pass - 1 pass - 2 pass - 3 pass

800

600

400

200

Proses radiasi - Tegangan (300 kV) - Arus berkas (550 µA) - Kecepatan konveyor (4 cm/detik) - Jarak pemayar ke target 20 cm

Pengamatan Interaksi iradiasi sampel

Analisis Data

Interpretasi Data

Gambar 11. Diagram alir pelaksanaan penelitian tahap I

28


29

Penelitian Tahap II: Aplikasi Radiasi Pengion untuk Disinfestasi Serangga T. castaneum Penelitian tahap II ini dilakukan dalam beberapa tahap yaitu dimulai dengan pembiakan serangga, kemudian diiradiasi menggunakan radiasi pengion sinar gamma dengan berbagai stadium larva, pupa dan dewasa, serta berkas elektron dari MBE pada stadium dewasa untuk mendapatkan dosis letal. Persiapan Pembiakan serangga. Serangga diperoleh dari Laboratorium Pest and Diseases Management SEAMEO-BIOTROP Bogor. Pembiakan serangga T. castaneum dilakukan dalam toples kaca ditutup dengan kain jaring serangga, dengan media biakan tepung terigu yang terlebih dulu disterilkan dengan pemanasan pada suhu sekitar 70 °C selama 2 jam, kemudian disimpan pada suhu kamar sekitar 28 °C. Adapun kriteria serangga uji yang akan digunakan ialah stadium larva pada kondisi instar 2-3, stadium pupa masih berwarna putih dan serangga dewasa umur 7-14 hari dengan ukuran 3-4 mm, warna merah sampai coklat tua. Aplikasi iradiasi dosis disinfestasi serangga T. castaneum. Dosis disinfestasi serangga didasarkan pada dosis sinar gamma, kemudian diterapkan pada berkas elektron. Ada 2 sumber radiasi yang digunakan yaitu sinar gamma dari radioisotop [60Co] dan berkas elektron dari alat MBE. Iradiasi dengan sinar gamma dari radioisotop [60Co] Perlakuan iradiasi dengan sinar gamma dari radioisotop [60Co] terhadap serangga T. castaneum dilakukan pada kisaran dosis disinfestasi sampai mati (mortalitas) 100%. Metoda penelitiannya yaitu masing-masing sebanyak 40 ekor serangga uji larva, pupa dan imago ditempatkan ke dalam wadah, kemudian diiradiasi di iradiator gamma chamber 4000 A untuk dosis rendah dan IRPASENA untuk dosis sedang. Variasi dosis radiasi dilakukan sebanyak 5 taraf. Unit percobaan dosis rendah 0,1-0,5 kGy dengan interval dosis 0,1 kGy yaitu 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 kGy. Untuk dosis sedang 1-5 kGy dengan interval dosis 1 kGy yaitu 1, 2, 3, 4 dan 5 kGy. Laju dosis dari sumber radiasi sinar gamma yang digunakan 1,2 kGy/jam. Tahapan tersebut dilakukan pula terhadap kontrol dengan ulangan masing-masing 3 kali. Sebelum dioperasikan untuk kegiatan proses radiasi sumber radiasi sinar gamma terlebih dahulu dilakukan tahapan dosimetri dengan mengukur dosis serap sesuai dengan dosis radiasi yang direncanakan.


30

Iradiasi dengan berkas elektron dari alat MBE 350 keV, 10 mA Percobaan iradiasi dengan berkas elektron dari alat MBE ditujukan pada efektivitas arus berkas terhadap pertumbuhan populasi serangga T. castaneum. Metode penelitian yang digunakan ialah 40 ekor serangga dewasa, kemudian diinfestasikan ke dalam tepung terigu dengan berat 50 dan 100 g untuk masingmasing tebal 800 dan 1600 µm. Lalu ditempatkan ke dalam wadah plastik polietilen (PE) dan diiradiasi dengan mesin berkas elektron. Rancangan percobaan didasarkan dari justifikasi analisis statistik hasil penelitian tahap I. Percobaan dilakukan dengan 3 kali ulangan dan dilakukan juga terhadap kontrol. Adapun rancangan percobaan yang digunakan ada 3 faktor perlakuan meliputi : 1. Fakor tebal sampel (A) ada 3 taraf (0, 800 dan 1600) µm 2. Faktor posisi iradiasi (B) ada 2 taraf (satu sisi permukaan dan dua sisi permukaan yang berlawanan) 3. Faktor dosis radiasi (kGy) (C) dari hasil pengukuran dosimetri. Tingkat dosis radiasi dengan arus berkas ada 6 taraf yaitu (0, 100, 200, 300, 400, 500) µA. Skematik penelitian tahap II proses radiasi disinfestasi serangga dewasa dengan MBE dapat dilihat pada bagan Gambar 12 berikut ini. Pengamatan. Pengambilan data penelitian adalah menghitung jumlah serangga dewasa yang hidup setiap 1-2 hari untuk masing-masing unit percobaannya. Serangga uji diamati sampai 46 hari penyimpanan. Ruang penyimpanan sampel serangga uji setelah iradiasi dapat dilihat pada Gambar 13. Analisis Data. Data dianalisis dengan membuat grafik persamaan regresi pertumbuhan populasi serangga yang hidup terhadap waktu. Berdasarkan model pertumbuhan populasi serangga akan diperoleh nilai konstanta laju dosis radiasi atau arus berkas akan menyebabkan perubahan waktu bertahan hidup siklus radiasi, maka akan diperoleh sensitivitas kehidupan serangga uji terhadap perlakuan dosis radiasi atau arus berkas elektron. Komputasi data persamaan regresi menggunakan program paket Excel.


31

Tepung terigu dengan variasi ketebalan : (A) Tanpa tepung terigu + infestasi seranggaa) (B) Tebal tepung terigu 800 µm + infestasi serangga (C) Tebal tepung terigu 1600 µm + infestasi serangga

Cara Iradiasi - 0 pass - 1 pass

Proses Radiasi

Posisi Iradiasi - 1 sisi permukaan - 2 sisi permukaan yang berlawanan

-

Tegangan (300 kV) Arus berkas (100, 200, 300, 400, 500) μA Kecepatan konveyor (4 cm/detik) Jarak sampel dari pemayar ke target 20 cm

Pengamatan Pertumbuhan populasi seranggab)

Analisis Data

Interpretasi Data Keterangan : a) Jumlah infestasi serangga dewasa T. castaneum yaitu 40 ekor (serangga jantan dan betina dianggap seimbang). b) Dihitung jumlah serangga yang hidup dan kriteria serangga uji mati 100% yaitu anggota badan serangga seperti badan, antene, kaki, sayap tidak bergerak; anggota badan bila disentuh secara fisik dan diberi respon tidak bergerak serta penampakan serangga dewasa kering.

Gambar 12. Diagram alir pelaksanaan penelitian tahap II


32

Gambar 13. Ruang penyimpanan sampel serangga uji

Evaluasi Data. Pada umumnya pertumbuhan populasi serangga secara teoritis akan mengikuti model eksponesial yaitu Nt = No.ekt. Model pertumbuhan eksponensial dengan nilainya k < 0 disebut juga sebagai model peluruhan eksponensial. Model perluruhan eksponensial meramalkan bahwa populasi akan mati, karena : lim t

N(t) = lim t

N (0) e

kt

= 0, untuk k < 0

Evaluasi data didasarkan pada efektivitas dosis radiasi terhadap pertumbuhan populasi serangga uji yang menyatakan hubungan jumlah populasi serangga uji terhadap waktu siklus radiasi. Ada dua komponen penting yaitu dosis radiasi dan serangga uji. Dosis radiasi merupakan stimulus dan serangga uji sebagai subyek. Stimulus diberikan pada subyek dalam dosis radiasi atau arus berkas tertentu yaitu intensitas pengukuran ionisasi dari stimulus yang dinyatakan dalam satuan kGy dari radionuklida [60Co] dan arus berkas (μA) dari MBE. Sebagai akibat adanya pemberian iradiasi, serangga uji akan memberikan respon mati atau tidak. Secara umum, dapat dinyatakan dalam bentuk reaksinya adalah A Dimana : A = Serangga yang hidup atau A0 pada t = 0 B = Serangga yang mati t

= waktu

B


33

Pengolahan Data. Pengolahan data dilakukan berdasarkan langkahlangkah berikut: 1. Plot data hasil percobaan yaitu dengan membuat kurva pertumbuhan populasi serangga uji. Apabila waktu siklus radiasi digambarkan pada sumbu mendatar (sumbu -x, abscissa) dan jumlah populasi serangga ditempatkan pada sumbu tegak (sumbu -y atau ordinat). 2. Data waktu bertahan hidup dari waktu siklus radiasi serangga uji adalah lamanya waktu yang dibutuhkan serangga uji mampu bertahan hidup setelah mendapat perlakuan iradiasi. Data kemudian di rekapitulasi dalam tabel untuk masing-masing perlakuan yaitu iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,1-0,5 kGy dan 1-5 kGy terhadap stadium dewasa, larva dan pupa. Sedang perlakuan iradiasi berkas elektron yaitu serangga dewasa tanpa tepung terigu, serangga dewasa yang diinfestasikan ke dalam tepung terigu dengan tebal 800 dan 1600 μm, iradiasinya satu sisi permukaan dan dua sisi permukaan yang berlawanan . 3. Apabila stimulus dosis radiasi atau arus berkas terhadap respon serangga uji tidak mati setelah mendapat perlakuan iradiasi maka waktu bertahan hidup siklus radiasi serangga uji dihitung berdasarkan titik belok yaitu waktu pada saat jumlah populasi konstan dari peringkasan peristiwa kurva pertumbuhan populasi serangga uji setelah mendapat perlakuan iradiasi. Pada titik belok akan didapat respon populasi serangga uji tidak mati dan dari grafik dapat diketahui individu serangga hidup setelah mendapat perlakuan iradiasi terhadap waktu siklus radiasi konstan. Contoh untuk mendapatkan titik belok dari plot kurva pertumbuhan populasi serangga uji sebagai berikut : 45 40 35

Populasi [Nt]

30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Waktu siklus radiasi (Hari)

Keterangan :

titik belok


34

4. Plot data model kematian logaritmik serangga dinyatakan sebagai nilai konstanta laju sebagai perubahan dosis radiasi (kGy) atau arus berkas (μA) akan menyebabkan perubahan waktu bertahan hidup atau individu hidup. Apabila waktu bertahan hidup siklus radiasi digambarkan pada sumbu mendatar (sumbu -x) dan log tingkat dosis radiasi atau arus berkas pada sumbu tegak (sumbu -y), maka.model persamaan kematian logaritmik serangga dapat dinyatakan dengan persamaan regresi dalam rumus ln y = a + b x. Sumbu - y :

Sumbu - x : Waktu bertahan hidup atau individu hidup 5. Nilai kemiringan (slope) merupakan nilai konstanta laju kematian logaritmik yang dapat ditentukan dari perubahan dosis radiasi atau arus berkas yang dibutuhkan untuk memberikan respon serangga uji mati atau tidak dalam waktu bertahan hidup siklus radiasi atau individu hidup. 6. Agar supaya model regresi berlaku diperlukan beberapa asumsi yaitu perubahan dosis radiasi atau arus berkas berbanding lurus dengan waktu bertahan hidup siklus radiasi serangga uji, hanya ada satu komponen yang terlibat pada proses reaksi kematian serangga yaitu dosis radiasi, kondisi suhu penyimpanan tetap dari waktu ke waktu, individu-individu di dalam populasi seragam dengan laju reproduksi yang tetap sepanjang waktu, tidak ada persaingan di antara individu-individu di dalam populasi dan selalu ada ruang dan makanan yang cukup untuk mendukung populasi.


35

Prosedur Pengukuran Prosedur Analisis Dosimetri Iradiasi Dosimeter larutan Fricke dengan alat ukur Spektrophotometer. Pengukuran dosimeter larutan Fricke dilakukan dengan membuat 0,5 liter larutan Fricke campuran dari 0,001M FeSO4.7H2O (BM = 278,02 g/mol) serta 0,001 M NaCl (BM = 58,44 g/mol) dan 0,8 N H2SO4. Larutan Fricke dimasukkan ke dalam ampul sebanyak 5 ml dan disimpan di dalam ruang pendingin. Selanjutnya larutan Fricke diiradiasi dengan variasi waktu dan diukur absorbasinya pada panjang gelombang 305 nm. Dari data absorbansi dapat dihitung dosis radiasi dengan menggunakan persamaan Schested (McLaughlin 1989):

(2,75 × 10 ) × Δ OD × 100% D = 2

1 + 0,007 (t - 25)

dimana : D

= dosis serap dalam Gy

Δ OD = perubahan rapat optik dosimeter Fricke, ditentukan secara

spektrophotometer pada panjang gelombang 305 nm. t

= suhu saat dilakukan penentuan perubahan rapat optik dosimeter Fricke (15 °C < t < 35 °C)

Dosimeter CTA film

dengan alat ukur CTA Reader. Pengukuran

terhadap dosimeter CTA film dilakukan dengan memotong sejumlah kecil sampel uji. Dosimeter CTA film setelah diiradiasi ± 15 menit, lalu sampel uji dimasukkan ke dalam beam spektrofotometer CTA Reader. Pembacaan angka pada indikator menunjukkan optical density (OD). Dosimeter CTA film diukur pada kondisi pada panjang gelombang 520 nm. Alat ukur CTA Reader sebelumnya dilakukan kalibrasi dengan CTA standar. Pembacaan dosis terserap berdasarkan kurva kalibrasi. Kondisi pengukuran sampel dengan kelembaban relatif ruangan saat pengukuran sampel ± 50 %. Dosimeter alanin dengan alat ukur electron spin resonance (ESR). Pengukuran terhadap radikal bebas alanin (iradiasi sinar gamma dan berkas elektron) dilakukan dengan menimbang sejumlah kecil sampel 0,05 g contoh.


36

Kemudian contoh dimasukkan ke dalam kuvet spektrophotometer ESR dengan diameter 4 mm (tinggi sampel dalam tabung kuvet ESR tidak melebihi 2,5 cm). Pembacaan angka pada indikator menunjukkan intensitas amplitudo. Sebelum pengukuran dilakukan kalibrasi dengan larutan α-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH). Kondisi pengukuran alat electron spin resonance (ESR) JEOL model JES-RE1X sebagai berikut field modulation witdh 1,25 x 0,1 mT; sweep time 10 detik; sweep witdh 1 x 10 mT; time constant 0,03 detik; center field 355,5 mT; frekuensi 9,438 Ghz; power 1 mW, suhu 297 K, kelembaban relatif ruangan saat pengukuran sampel ± 50 %. Prosedur Analisis Tepung Terigu Iradiasi Radikal bebas tepung terigu

dengan alat ukur ESR. Pengukuran

terhadap radikal bebas tepung terigu dilakukan dengan menimbang sejumlah kecil sampel 0,05 g contoh. Kemudian contoh dimasukkan ke dalam kuvet spektrophotometer ESR dengan diameter 4 mm (tinggi sampel dalam tabung kuvet ESR tidak melebihi 2,5 cm). Pembacaan angka pada indikator menunjukkan intensitas amplitudo. Sebelum pengukuran dilakukan kalibrasi dengan larutan α-diphenyl-βpicrylhydrazyl (DPPH). Kondisi pengukuran alat electron spin resonance (ESR) adalah sama dengan pengukuran dosimeter alanin. Kelembaban relatif ruangan saat pengukuran sampel ± 50 %.

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

Recommend Documents