2
4.
Menganalisis hubungan antara turunan pertama terhadap karakteristik fisikokimia, yakni kadar air dan TPT.
1.3 Perumusan Masalah Apa metode yang efektif untuk mengidentifikasi kematangan buah jambu air secara seragam?
1.4 Hipotesis 1. 2. 3.
4.
Metode spektroskopi dengan reflektansi sinar Vis-NIR dapat digunakan untuk mengetahui kematangan buah jambu air. Pergeseran puncak reflektansi terjadi dari panjang gelombang hijau menjadi panjang gelombang merah. Perubahan umur dan warna kulit dari buah jambu air akan mempengaruhi nilai pH, TPT, dan vitamin C, serta kadar air yang dikandung oleh buah tersebut. Kadar Air, TPT, dan pH akan meningkat seiring dengan bertambahnya umur petik buah dan semakin merah warna kulit buah. Sedangkan kadar vitamin C berkurang seiring dengan bertambahnya umur petik buah dan semakin merah warna kulit buah. Reflektansi cenderung menurun seiring dengan meningkatnya kadar air dan kadar gula pada buah jambu air.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jambu Air Jambu air termasuk suku jambu-jambuan atau Myrtaceae yang berasal dari Asia Tenggara. Kayu buah jambu air yang keras dan berwarna kemerahan cukup baik sebagai bahan bangunan. Daun jambu air biasa digunakan sebagai pembungkus tape ketan di daearah Kuningan (Prihatman 2000). Menurut Prihatman, jambu air banyak sekali jenisnya. Jenis jambu air yang banyak ditanam yaitu Syzygium quaeum (jambu air kecil) dan Syzygium samarangense (jambu air besar). Varietas jambu air besar antara lain : jambu semarang, madura, lilin (super manis), apel dan cincalo. Varietas yang paling komersil adalah jambu cincalo dan jambu semarang, yang masing-masing terdiri atas 2 macam warna yaitu merah dan hijau-putih.
(a)
(b)
Gambar 1 Jambu air semarang varietas merah (a) dan hijau-putih (b).
(a) Gambar 2
(b)
Jambu air cincalo varietas hijauputih (a) dan merah (b).
Potensi yang terkandung dalam jambu air cukup besar. Buah jambu air banyak mengandung vitamin dan antioksidan, seperti Vitamin C dan Vitamin A. Pada 100 gram jambu air terdapat vitamin C hampir setara dengan jeruk mandarin, yaitu sekitar 22 mg. Antioksidan memiliki manfaat untuk menjaga kesehatan sel, meningkatkan penyerapan asupan zat besi, dan memperbaiki sistem kekebalan tubuh (Anonim 2010). Bagi pria antioksidan ini sangat baik untuk memperbaiki mutu sperma dengan cara mencegah radikal bebas yang merusak lapisan pembungkus sperma (Anonim 2010). Manusia mudah untuk mengonsumsi jambu air dalam jumlah yang banyak karena rasa manis buahnya yang menggugah selera, kandungan airnya yang menyegarkan, dan sifat buahnya yang tidak mengenyangkan. Jambu air mengandung serat pangan dan mineral yang tinggi. Jambu air merupakan sumber mineral besi, kalsium, magnesium, fosfor, kalium, seng, tembaga dan mangan (Anonim 2010). Kandungan gizi buah jambu air dapat dilihat pada Lampiran 4. Buah jambu air mudah kehilangan kerenyahannya. Buah ini juga tergolong nonklimakterik. Buah nonklimakterik yaitu buah yang tingkat respirasinya menjelang kematangan akan meningkat lalu menurun setelah lewat matang.
3
Tanaman jambu air dapat berbuah setelah berumur 3-4 tahun. Jambu air berbunga sebanyak 2 kali dalam setahun (Prihatman 2000). Masa berbuah jambu air bisa lebih dari 1 kali dalam setahun, bergantung pada keadaan lingkungannya. Ciri-ciri buah yang sudah bisa dipanen berdasarkan warna kulit buah, yaitu hijau sedikit merah, hijau kemerahan dan merah (Prihatman 2000). Buah yang sudah bisa dipanen dipetik dari rangkaiannya dengan hatihati. Menurut Dinas Pertanian Tanaman Pangan Jawa Barat, pusat penanaman buah jambu air adalah di Karawang, Tangerang, Bogor, Sukabumi, Cianjur, Bandung, Garut, Cirebon, Subang dan Bekasi. Tanaman ini tumbuh di dataran rendah tropika yang cukup lembab sampai pada ketinggian 1200 m di atas permukaan laut. Kelemahan buah jambu air adalah mudah sekali busuk dan tidak tahan lama. Sedangkan sangat penting untuk menjaga kesegaran buah. Lebih baik jika jambu air segera dikonsumsi setelah dipetik.
2.2 Spektra Gelombang Elektromagnetik Spektroskopi merupakan suatu metode analisa yang mempelajari interaksi antara suatu materi dan gelombang elektromagnetik. Spektra gelombang ektromagnetik adalah rentang semua gelombang elektromagnetik. Gelombang ini terdiri dari bermacam-macam panjang gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombangnya, tetapi kecepatannya di ruang hampa adalah sama, yaitu c = 3x108 m/s. Spektrum cahaya tampak adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya. Tabel 1 merupakan perkiraan spektra cahaya tampak dan infra merah dekat. Molekul organik mengabsorpsi rentang panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang berbeda, dan mengalami transisi sebagai akibat adanya perpindahan energi antara medan radiasi dan atom atau molekul (Joni 2010). Semakin pendek panjang gelombang radiasi elektromagnetik maka energinya semakin besar, dan sebaliknya.
Gambar 3 Spektra gelombang elektromagnetik. Tabel 1 Rentang panjang gelombang cahaya tampak dan inframerah dekat Spektrum Panjang gelombang (nm) Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah
450-400 450-495 495-570 570-590 590-620 620-750
Inframerah dekat
750-2500
Foton memiliki energi yang sangat spesifik dan dikatakan terkuantisasi. Energi masing-
masing foton persamaan :
diperoleh Ef = h ν
berdasarkan
(1)
Keterangan: h = konstanta Planck (6.626x10-34 J s), ν = besar frekuensi foton (hertz), dan Ef = energi foton (joule) Energi foton diserap oleh molekul menjadi energi untuk berotasi, bervibrasi, atau bentuk lainnya. Molekul hanya menyerap energi yang sesuai dengan karakterisasi vibrasinya.
4
Secara umum jenis vibrasi terdiri dari stretching dan bending. Jenis vibrasi stretching terdiri atas symmetric dan asymmetric. Sedangkan vibrasi bending terdiri atas wagging, rocking, twisting dan scissoring (Holler et al 2007).
2.3 Spektroskopi Visible-Near Infra Red (Vis-NIR) Spektroskopi mempelajari interaksi antara suatu materi dan radiasi gelombang elektromagnetik. Reflektansi terjadi karena adanya pemantulan radiasi oleh permukaan bahan tanpa adanya perubahan panjang gelombang. Spektroskopi reflektansi dapat diaplikasikan pada bahan mineral dan bahanbahan organik lainnya, bahan-bahan organik tersusun dari karbon, oksigen, hydrogen, fosfor dan unsur penyusun lainnya. Ketika energi yang diberikan dari gelombang cahaya tampak dan inframerah dekat meradiasi suatu bahan lalu diabsorpsi oleh bahan tersebut, maka akan ada tiga kejadian atas foton yang datang ke sampel tersebut, yaitu diserap (absorpsi), diteruskan (transmisi), dan dipantulkan (refleksi) oleh molekul yang menyusun suatu sampel. Besarnya energi rotasional akan lebih kecil dari energi vibrasinya. Total energi yaitu jumlah antara energi rotasi dengan energi vibrasi. Intensitas penyerapan dapat digambarkan dalam persamaan transmisi, yaitu T = I / Io
(2)
Keterangan : I = intensitas energi yang diteruskan oleh bahan (W/m2), Io = intensitas energi yang datang ke bahan (W/m2), dan T = transmitansi (%). Berdasarkan hukum Beer Lambert, persamaan hukum eksponensial penyerapan memiliki hubungan I = Io exp (-α.x)
(3)
Besarnya absorbsi yang terjadi ditunjukan oleh persamaan log 10 (1 / T) = A
(4)
log 10 (1 / T) = A
(5)
A = α.x.c
(6)
Keterangan : A = parameter absorbansi (%), α = adalah besar absorpsivitas, x = ketebalan bahan (m), dan c = adalah konsentrasi molekul (μg/m3). Pada daerah NIR, reflektansi dianalogikan dengan persamaan (7) log 10 (1 / R) = α.x.c
(R)
(7)
Spektroskopi ultraviolet-visibel (UV-Vis) menggunakan cahaya tampak dengan rentang antara ultraviolet (UV) dan Visible (Vis). Pemberian cahaya ini menyebabkan molekul mengalami transisi elektronik (Joni, I Made 2010). Instrumen yang digunakan dalam spektroskopi ultraviolet-visibel dinamakan UVVis spektrofotometer. Umumnya UV-Vis digunakan untuk berbagai macam penelitian kualitatif. Sifat optik spektroskopi UV-Vis dapat pula digunakan untuk mengetahui tingkat absorpsi bahan. Spektroskopi inframerah memiliki prinsip yang hampir sama dengan spektroskopi ultraviolet-sinar tampak. Perbedaanya terletak pada rentang energi daerah inframerah yang sesuai dengan besarnya energi yang diperlukan untuk eksitasi vibrasi ikatan-ikatan dalam molekul. Jenis eksitasi ikatan yang dapat terjadi adalah peregangan (stretching) yang memerlukan energi tinggi, dan pembengkokan (bending) dengan energi yang lebih rendah. Spektroskopi inframerah dekat adalah metode spektroskopi yang menggunakan wilayah di dekat inframerah dari spektrum elektromagnetik, yakni sekitar 750 nm sampai 2500 nm (Anonim 2010).
2.4 Spektrometer Spektrometer adalah instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum optik, baik spektrum dari emisi, absorpsi, dan transmisi dari sebuah obyek. Secara umum spektrometer terdiri atas sumber cahaya, pemilih panjang gelombang, dan detektor.
5
menahan panjang gelombang lainnya (Holler et al 2007). Keunggulan monokromator melibatkan tiga faktor yaitu resolusi, kemampuan menangkap cahaya, dan kemurnian dari output radiasi.
2.4.3 Detektor
Gambar 4 Prinsip kerja spektrometer.
2.4.1 Sumber radiasi Sumber radiasi pada spektrometer absorpsi memiliki dua syarat dasar. Pertama, sumber harus memiliki energi radiasi pada seluruh selang panjang gelombang yang akan diamati. Kedua, sumber memiliki intensitas yang konstan dalam selang waktu pelaksanaan pengukuran (Holler et al 2007). Lampu incandescent merupakan sumber radiasi yang menghasilkan spektra yang kontinu dari panjang gelombang cahaya tampak hingga daerah inframerah dekat (Novianty 2008). Lampu ini memiliki sebuah kawat filamen yang terdapat pada tabung gelas yang berisi gas inert atau vakum. Filamen tersebut dililit untuk meningkatkan emisivitas. Biasanya tungsten yang dipanaskan dengan bantuan arus listrik menjadi lampu incandescent oleh arus listrik. Lampu tungsten-halogen mampu melepaskan hampir seluruh energi pada daerah NIR (Novianty 2008).
2.4.2 Penyeleksi panjang gelombang Dispersi merupakan peristiwa pemisahan suatu gelombang polikromatik menjadi komponen-komponen panjang gelombang penyusunnya. Untuk mengisolasi pada selang yang sempit dari panjang gelombang tersebut digunakan filter atau monokromator (Holler et al 2007). Monokromator terdiri atas celah masuk (entrance slit) yang memberikan radiasi yang fokus, kolimator yang meneruskan dan mensejajarkan radiasi yang berasal dari entrance slit, kisi atau prisma yang memisahkan campuran panjang gelombang menjadi komponen-komponen panjang gelombang penyusunnya (dispersi), serta celah keluar (exit slit) berfungsi untuk menentukan panjang gelombang tertentu yang diteruskan dan
Detektor merupakan komponen spektrofotometer yang berfungsi untuk mengubah energi radiasi menjadi sinyal listrik (Holler et al 2007). Detektor tersusun dari transducer untuk menghasilkan sinyal listrik yang besarnya sebanding dengan daya radiasi (P) yang diterima.
2.5 Karakterisasi Fisikokimia 2.5.1 Kadar air Air merupakan suatu senyawa yang terdiri atas dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Air tergolong senyawa polar karena terdapat ikatan polar yang tidak saling menetralkan antara kedua jenis atom penyusunnya. Bahan pangan seperti buah-buahan dan sayur-sayuran memiliki kandung air yang berbeda-beda. Kadar air merupakan kuantitas kandungan air di dalam suatu bahan persatuan berat tertentu. Metode oven dan reaksi kimia disebut juga metode primer atau langsung. Sedangkan metode dengan alat ukur elektrik disebut metode tidak langsung. Hasil pengukuran dengan menggunakan metode oven lebih akurat dan merupakan cara yang paling umum untuk pengukuran kadar air. Walaupun metode oven lebih akurat, namun metode ini juga mempunyai kekurangan yaitu diperlukan waktu yang lebih lama untuk mendapatkan hasil pengukuran kadar air. Kadar air dapat didefinisikan dalam dua pengertian, basis basah dan basis kering. Kadar air basis basah adalah persentase berat air dalam bahan terhadap berat total bahan sebelum dilakukan proses pengeringan. Sedangkan kadar air basis kering adalah persentase berat air dalam bahan terhadap berat kering bahan, yaitu berat bahan setelah semua kandungan air didalamnya dikeluarkan ( Novianty 2008). Air merupakan molekul yang memiliki ikatan hydrogen dan dapat menyerap selang panjang gelombang NIR (750-2600 nm). Air murni menyerap dalam tiga panjang gelombang NIR yaitu 958 nm, 1153 nm, dan 1460 nm. Ikatan O-H bervibrasi pada 1400 nm. Tingkat absorpsivitas panjang gelombang NIR yang
6
lemah, menyebabkan kemampuan penetrasi ke bahan rendah. Hal ini menyebabkan teknik spektroskopi reflektansi dengan gelombang NIR efektif untuk mendeteksi kadar air dalam bahan. Kadar air buah mengalami peningkatan selama proses pematangan buah. Kenaikan ini disebabkan oleh kegiatan respirasi dari tangkai, kulit sampai ke daging buah yang lebih dominan dibandingkan proses transpirasi dan hidrolisis pati.
2.5.2 Total padatan terlarut (TPT) Perubahan kimia ditandai dengan perubahan kandungan gula. Rasa manis daging buah yang ditunjukan oleh kadar TPT. Semakin tinggi nilai TPT buah, maka buah tersebut akan semakin manis. Total padatan terlarut merupakan suatu indikator kematangan buah. Total padatan terlarut terutama gula sering digunakan sebagai petunjuk dari kematangan dan kualitas buah (Paul,Chan 2003). Kualitas buah yang ditentukan oleh kadar gula sebagai padatan terlarut total. Pengukuran ini menggunakan alat refraktometer yang memiliki satuan persen gula atau dengan % brix (Paul, Chan 2003). Kandungan gula dan karbohidrat selalu berubah seiring dengan proses pematangan buah (Winarno, Aman 1981). Total padatan terlarut memiliki hubungan yang erat dengan kadar gula dan asam. Apabila total padatan terlarut tinggi maka kadar gula tinggi pula. Kandungan gula dapat diamati pada selang panjang gelombang 800-1050 nm dan 800-1700 nm (Ariatmoko 2005).
2.5.3 Tingkat keasaman (pH) Tingkat keasaman merupakan salah satu faktor kimia yang perlu diperhatikan dalam penanganan pasca panen suatu produk. pH menunjukkan tingkat keasaman suatu produk, pH yang semakin tinggi menunjukkan tingkat kebasaan yang semakin tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa produk yang diamati berada dalam tingkat kematangan yang tinggi. Parameter yang diamati dalam pengujian pH adalah tingkat konsentrasi ion hidrogen (H+) dan ion hidroksida (OH-). Nilai pH sebanding dengan logaritma dari konsentrasi ion hidrogen dalam skala 0 sampai dengan 14. Istilah pH diturunkan dari konsentrasi ion hidrogen dalam suatu larutan.
pH = log 10 ( 1 / [H+] )
(8)
pH normal memiliki nilai 7, sementara bila pH > 7 menunjukan larutan tersebut bersifat basa. Sedangkan pH < 7 menunjukan bersifat asam. Tingkat keasaman (pH) 0 menunjukan tingkat keasaman yang tinggi, sedangkan pH 14 menunjukan derajat kebasaan yang tinggi. Buah yang masih muda mengandung asam lebih banyak dibandingkan buah yang sudah matang. Semakin tua umur buah (semakin matang) maka akan berkurang rasa asam buah. Tingkat keasaman yang berbeda ini sesuai dengan jenis dan umur buah-buahannya.
2.5.4 Vitamin C Produk buah-buhan dan sayur-sayuran sesudah dipanen mengalami proses perubahan fisiologis, enzimatis, dan kimiawi. Perubahan fisiologis dapat mempengaruhi sifat dan kualitas produk setelah dipanen adalah fotosintesis, respirasi, tranpirasi dan penuaan. Proses-proses tersebut menyebabkan perubahan warna, tekstur, rasa dan bau. (Sarwono 1989) Vitamin C adalah salah satu jenis vitamin yang larut dalam air. Vitamin C memiliki peranan penting dalam menangkal berbagai penyakit. Vitamin ini juga dikenal dengan nama asam askorbat. Vitamin C termasuk golongan vitamin antioksidan alami yang mampu menangkal berbagai radikal bebas ekstraselular. Vitamin C mudah sekali terdegradasi, baik oleh temperatur, cahaya maupun udara sekitar sehingga menyebabkan kadar vitamin C berkurang. Proses kerusakan atau penurunan vitamin C ini disebut oksidasi. Sumber bahan makanan yang banyak mengandung vitamin C adalah buah-buahan, diantaranya jeruk, tomat, jambu biji, jambu air, serta beragam jenis sayuran lainnya. (Anonim 2010). Vitamin C merupakan senyawa turunan karbohidrat. Vitamin C mengandung senyawa asam askorbat (C6H8O6) yang merupakan suatu nutrisi esensial untuk proses metabolisme. Struktur kristalnya memiliki titik leleh 190-192 0 C, senyawa ini dikenal sebagai anti oksidan alami (Novianty 2008)
