II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PERANAN ETILEN DALAM PENYIMPANAN BUAH Etilen adalah suatu gas tanpa warna dengan sedikit berbau manis. Etilen merupakan suatu hormon yang dihasilkan secara alami oleh tumbuhan dan merupakan campuran yang paling sederhana yang mempengaruhi proses fisiologi pada tumbuhan. Proses fisiologi pada tumbuhan antara lain perubahan warna kulit, susut bobot, penurunan kekerasan, perubahan kadar gula dan lain-lain (Winarno dan Aman, 1979). Etilen merupakan jenis senyawa tidak jenuh atau memiliki ikatan rangkap yang dapat dihasilkan oleh jaringan tanaman pada waktu tertentu dan pada suhu kamar etilen berbentuk gas. Senyawa ini dapat menyebabkan terjadinya perubahan penting dalam proses pertumbuhan tanaman dan pematangan hasil-hasil pertanian. Etilen disebut hormon karena dapat memenuhi persyaratan sebagai hormon yang dihasilkan oleh tanaman, bersifat mobile dalam jaringan tanaman dan merupakan senyawa organik. Pada tahun 1959 diketahui bahwa etilen tidak hanya berperan dalam proses pematangan saja, tetapi juga berperan dalam mengatur pertumbuhan tanaman (Winarno, 2002). Trucker di dalam Saputro (2004) menyatakan bahwa gas etilen (C2H4) adalah suatu jenis bahan yang banyak digunakan sebagai pemicu (trigger) proses pematangan, dimana jumlah dan waktu yang tepat dalam pemberiannya juga sangat khas untuk tiap jenis buah. Menurut Winarno dan Aman (1979), konsentrasi etilen selama pematangan berubah-ubah. Buah pisang yang baru dipanen mengandung etilen 0.2 ppm dan sekitar 4 jam sebelum pematangan jumlah etilen secara cepat bertambah menjadi sekitar 0.5 ppm. Pisang pada saat memasuki proses pematangan, jumlah etilen sekitar 1.0-1.5 ppm dan segera setelah respirasi hingga mencapai puncak klimaterik jumlah etilen meningkat menjadi 25-40 ppm. Usaha untuk mengurangi etilen akan mengakibatkan tertundanya kematangan dan mempertahankan kesegaran serta memperpanjang umur simpan (Pantastico et. al., 1989). Pada buah klimaterik respon etilen hanya berpengaruh pada saat fase pre-klimaterik sedangkan pada buah nonklimaterik, aktivitas respirasi dan pematangan dapat dipercepat pada semua fase tahap pematangan. Dengan adanya etilen, proses respirasi akan berlangsung cepat dan ikut dalam proses reaksi pemasakan. Semakin matang buah, produksi etilen semakin menurun. Adanya perlakuan tertentu yang dapat mengurangi kandungan etilen disekitar buah dapat memperpanjang umur simpan buah tersebut. Tabel 1. Umur simpan beberapa jenis buah Buah Suhu simpan (°C)
RH (%)
Umur simpan
Alpukat
13
85-90
2-4 minggu
Apel
-5
90
3-8 bulan
13-15
90-99
4-7 bulan
Mangga
13
85-90
2-3 minggu
Jambu biji
10
90
2-3 minggu
Pisang
Sumber: Winarno (2002)
2.2
PENYERAP ETILEN
Terdapat beberapa macam senyawa penyerap etilen yang telah digunakan seperti karbon aktif yang diberi Brom dan Selit dengan KMnO4 kemudian berkembang menjadi KMnO4 Vermikulit. Apabila KMnO4 dimasukan kedalam kemasan pisang maka dapat menambah umur simpan pisang selama 2 minggu. Preparasi komersial zat penyerap etilen adalah “Purafil” (KMnO4 alkaslis dengan silikat) produksi Carbon Chemical Company ternyata mampu menyerap seluruh C2H4 yang dikeluarkan buah pisang yang disimpan dalam kantong polietilen tertutup rapat (Pantastico, 1989). Penyerap etilen lain yang dapat digunakan adalah kalium permanganat (KMnO4), karbon aktif dan mineral-mineral lain yang dimasukkan ke dalam sachet. Bahan yang paling banyak digunakan adalah kalium permanganat yang dijerapkan pada silika gel. Permanganat akan mengoksidasi etilen membentuk etanol dan asetat. Bahan penyerap etilen ini mengandung 5% KMnO4 dan dimasukkan ke dalam sachet untuk mencegah keluarnya KMnO4 karena KMnO4 bersifat racun (Pantastico, 1989). Tabel 2. Penyerap etilen komersil yang telah dikembangkan
Air repair Products, Inc.
USA
N/A
Scavanger mechanism KMnO4
Ethylene Control, Inc.
USA
N/A
KMnO5
Sachets
Extenda Life System
USA
N/A
KMnO6
Sachets
Kess Irrigations Systems
USA
BioKleen
Titanium dioxide
not known
Manufacturer
Country
Trademark
Packaging form Sachet/blanket
catalyst Sekisui Jushi
Japan
Neupalon
Activated carbon
Sachets
Honsu Paper Ltd
Japan
Hatofresh
Activated carbon
Paper/board
Mitsubishi Gas Chemical
Japan
SendoMate
Activated carbon
Sachet
Korea
Orega
Activated
Plastic film
Co. Ltd Cho Yang Heung San Co. Ltd
clays/zeolites
Evert-Fresh Coorporation
USA
Evert-Fresh
Activated zeolites
Plastic film
Odja Shoji Co. Ltd
Japan
BO Film
Crysburite ceramic
Plastic film
PEAK fresh Products Ltd
Australia
PEAK fresh
Activated zeolites
Plastic film
Food Science Australia
Australia
N/A
Tetrazine
Plastic film
derrivative Sumber: Smart Packaging Technoligies for Fast Moving Consumer Goods. [http//books.google.co.id.]
Etilen dapat dioksidasi oleh kalium permanganat menjadi mangandioksida, kalium hidroksida, dan karbondioksida (Ahvenainen, 2003). Reaksi pemecahan etilen oleh kalium permanganat dapat dilihat dari persamaan berikut: 3 C2H4 + 12 KMnO4
12 MnO2 + 12 KOH + 6 CO2
Kalium permanganat harus dibentuk menjadi larutan supaya penggunaanya bisa lebih efektif dan diserap oleh sebuah media penyerap kalium permanganat ke dalam bahan penyerap lebih optimal. Beberapa media penyerap yang banyak digunakan yaitu selit, vermikulit, pellet aluminia, karbon aktif, atau perlit. Biasanya bahan-bahan tersebut mengandung 4-6% KMnO4. Bahan penyerap yang mengandung KMnO4 berubah warna dari ungu menjadi coklat selama penggunaanya. Perubahan warna ini mengindikasikan kapasitas penyerapan yang tersisa, karena KMnO4 bereaksi menjadi MnO2 lalu menempel dan menutup permukaan bahan penyerap sehingga tidak bisa menyerap etilen lagi (ahvenainen, 2003). Penggunaan KMnO4 dianggap mempunyai potensi besar karena sifatnya yang tidak mudah menguap sehingga dapat disimpan berdekatan dengan buah tanpa menimbulkan kerusakan (Roestamasyah, et, al., 1984, di dalam Pramudianti, 2004). Lebih lanjut, Abeles (1973) menjelaskan bahwa etilen perlu dihilangkan karena etilen sangat berpengaruh dalam menentukan umur simpan buah, sayuran, dan bunga secara nyata. Apeland (1961) di dalam Pramudianti (2004) menemukan bahwa permanganat dapat secara efektif menurunkan proses penguningan mentimun pada penyimpanan dan memperpanjang masa simpannya. Dostal dan Holf (1968) di dalam Pramudianti (2004) membuktikan bahwa larutan permanganat lebih efektif sebagai penyerap etilen daripada asam kromat yang ditambahkan dengan SnCl2, FeSO4, dan O2O5. Penelitian yang dilakukan oleh Manan (1985) digunakan batu bata sebagai media penyerap kalium permanganat 75%. Percobaan yang dilakukan menggunakan buah pisang dalam bentuk sisir yang dimasukkan kedalam kantong plastik polietilen tebal 0.08 mm bersama bahan penyerap batu bata dengan ukuran 40 cm3 yang telah dicelup kedalam larutan KMnO4 75% selama 30 menit. Kantong plastik yang digunakan ada yang berlubang dan tanpa lubang. Perlakuan yang mampu memperpanjang umur simpan buah pisang ambon yang paling lama atau mencapai masa optimum umur 36 hari dan mulai lewat masak umur 39 hari adalah perlakuan kombinasi polietilen tanpa lubang dan batu bata ukuran 40 cm3 yang telah dicelupkan ke dalam KMnO4 75%. Sholihati (2004) menyatakan bahwa secara umum perlakuan bahan penyerap etilen, KMnO4 10 gr, 20 gr, dan 30 gr memberikan pengaruh terhadap penghambatan pematangan, dengan dapat ditekannya produksi etilen dan dapat dipertahankannya warna hijau, tekstur serta aroma pisang buah raja selama 15 hari pada suhu 28 °C, dan 45 hari pada suhu 13 °C. Perlakuan penyerap terhadap penekanan produksi etilen dengan memecah ikatan rangkap etilen menjadi etilen glikol dan mangan dioksida, serta memperlambat proses perubahan fisik dan kimia pisang raja yang ditandai dengan warna tetap hijau sampai pada akhir penyimpanan dan kekerasan yang dapat dipertahankan serta tingginya kadar pati, rendahnya kadar gula, dan susut bobot yang cenderung rendah. Dalam penelitian Darmawan (2007) digunakan larutan KMnO4 untuk mengemas bunga krisan tipe fiji yellow. Larutan KMnO4 yang digunakan terdiri dari dua macam, yaitu larutan dengan konsentrasi 5% dan 10%. Pada penelitian-penelitian terdahulu yang menggunakan KMnO4 sebagai penyerap etilen, konsentrasi yang lazim digunakan yaitu dalam satuan ppm. Pada awal konsep percobaan pada bunga krisan tipe fiji yellow akan digunakan dua macam konsentrasi larutan, yaitu konsentrasi larutan 50% dan 100%. Akan tetapi setelah dicoba dilakukan percobaan pembuatan larutan KMnO4 50% dan KMnO4 100%, butiran KMnO4 tidak dapat larut seluruhnya dalam air, sehingga menghasilkan endapan pada dasar bak air. Setelah dilakukan beberapa kali percobaan, akhirnya ditemukan bahwa butiran KMnO4 mulai larut pada konsentrasi 10% dan atau kurang dari 10%. Kalium permanganat merupakan senyawa yang dapat berperan sebagai oksidator kuat. Senyawa ini mudah sekali bereaksi dengan cara apa saja, tergantung seberapa besar pH larutannya. Kekuatan oksidator dari kalium permanganat bergantung pada keadaan pH larutannya ketika bereaksi.
Faktor penyebab keragaman dari reaksi kimia senyawa ini adalah karena perbedaan valensi dari unsur Mn (mangan) mulai dari 1-7 yang hampir semuanya stabil kecuali 1 dan 5 (Siagian, 2009). Adapun sifat dan karakteristik dari KMnO4 adalah sebagai berikut: 1. Kristal berwarna ungu jelas atau hampir gelap 2. Larut 16 bagian dalam air pada suhu 20 °C dan membentuk larutan ungu 3. Berat jenis 2,703 g/cc 4. Berat molekul 158 5. KMnO4 merupakan bahan pengoksidasi dan bahan antiseptik 6. KMnO4 mudah rusak bila terkena cahaya matahari langsung, yakni akan terbentuk MnO2 yang mengendap. (Badan Penelitian dan Pengembangan Industri, 1998).
(a) KMnO4 serbuk
(b) KMnO4 larutan
Gambar 1. KMnO4 dalam bentuk (a) serbuk dan (b) larutan
2.3 PERANAN OKSIGEN DALAM PENYIMPANAN BUAH Oksigen merupakan unsur golongan kalkogen dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada temperatur dan tekanan standar, dua atom unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2 yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan unsur paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa dan unsur paling melimpah di kerak Bumi. Gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer bumi (http://id.wikipedia.org). Oksigen merupakan salah satu senyawa yang terlibat langsung dalam respirasi. Menurut Pantastico (1986), faktor luar yang berpengaruh terhadap respirasi adalah suhu, etilen, oksigen, karbon dioksida yang tersedia, zat pengatur pertumbuhan dan kerusakan buah. Respirasi adalah proses penting dalam sel-sel hidup yang menengahi pelapisan energi melalui penguraian senyawa karbon dan pembentukan rantai karbon yang diperlukan untuk mempertahankan reaksi sintetik produk setelah panen. Respirasi mengkonsumsi oksigen dari lingkungan dan substrat dari produk dimana karbon dioksida, air dan energi (kimia maupun panas) dihasilkan. Penurunan konsentrasi O2 hingga konsentrasi yang belum memicu terjadinya fermentasi menjadi salah satu parameter utama teknologi pengemasan buah. Pada umumya, penurunan O2 akan menurunkan laju respirasi yang selanjutnya akan menghambat pemasakan buah sehingga mampu memperpanjang masa simpannya. Walaupun bahan pangan dapat dikemas dengan teknologi MAP atau bahkan dalam kemasan vakum, cara-cara tersebut tidak menjamin dapat menghilangkan O2 secara sempurna. Selain itu, O2 yang mampu
menembus plastik kemasan tidak mampu dihilangkan dengan teknologi tersebut. Untuk itu diperlukan penyerap oksigen yang mampu menyerap O2 pascakemas di dalam kemasan.
2.4
PENYERAP OKSIGEN
Menurut Nakamura dan Hosino (1983), yang dimaksud dengan penyerap oksigen adalah suatu bahan yang dapat menyerap oksigen secara kimiawi. Prinsip kerja dari penyerap oksigen ini adalah terjadinya reaksi antara suatu bahan dengan oksigen di udara, sehingga kalor di udara menjadi berkurang. Banyak bahan atau senyawa yang dapat bereaksi dengan oksigen di udara, tetapi untuk dapat berfungsi sebagai penyerap oksigen yang baik, bahan tersebut harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu tidak beracun, mempunyai kecepatan penyerapan yang baik, tidak menghasilkan gas beracun atau berbau, harus cukup stabil dalam penyimpanan, berukuran kecil tapi kapasitasnya besar, bahan baku mudah diperoleh dan murah (Nakamura dan Hosino, 1983). Tabel 3. Penyerap oksigen komersil yang telah dikembangkan
Country
Trade name
Scavanger mechanism
Japan
Ageless
Iron based
Japan
Vitalon
Iron based
Sachets
Nippon soda Co. Ltd
Japan
Seagul
Iron based
Sachets
Finetec Co. Ltd
Japan
Sanso-Cut
Iron based
Sachets
Tokyo Seikan Kaisha Ltd.
Japan
Oxguard
Iron based
Plastic trays
Japan
Oxyeater
Iron based
Italy
ActiTUF
iron based
USA
N/A
Benzyl acrylate
USA
PureSeal
USA
DarExtend
Manufacturer Mitsubishi Gas Chemical Co. Ltd Taogosei Chem. Industry Co. Ltd
Ueno Seiyaku Co. Ltd.
M&G
Chevron Chemicals W.R. Grace Co, Ltd
Grace Darex Packaging Technologies Food Science Australia
Australia
CMB Technologies
Prancis
ZerO2
Oxbar
Ascorbate/ Metalic salts
Packaging form Sachets dan Labels
Sachets dan Labels Polyester bottles Plastic film Bottle crowns
Ascorbate
Bottle crowns
Photosensitive
Plastic film,
dye/organic
bottles
compund
containers
Cobalt catalysed polymer oxidation
Plastic bottles
Dalam penelitiannya, Sutrisno (2004) menjelaskan bahwa peranan penyerap oksigen dan bahan pelapis tehadap komoditi paprika sebagai upaya memperkecil susut bobot cukup efektif karena jumlah oksigen di udara yang sedikit dapat menghambat proses metabolisme atau respirasi sehingga kehilangan zat-zat relatif kecil. Sedangkan bahan pelapis berperan untuk memperkecil transpirasi sehingga kehilangan air dalam paprika dapat diperkecil dan penurunan susut bobot pun dapat diperkecil. Buah segar yang diberi edible coating dan penyerap oksigen dapat memperkecil kontak oksigen dengan zat-zat nutrisi dan enzim yang terdapat di dalam buah sehingga proses respirasi dapat dihambat dan laju perubahan buah dari segar ke senesen terkendali. Nampaknya terjadi interaksi antara penyerap oksigen dan bahan lapis terhadap kadar gas oksigen yang selanjutnya dipengaruhi oleh suhu penyimpanan (Permanasari, 1998: Vermeinen, 1999 di dalam Sutrisno, 2004). Penggunaan penyerap oksigen dari serbuk besi yang diaktifkan dengan NaCl terbukti dapat memperpanjanng umur simpan produk-produk pangan dengan baik (Kartikasari, 1992). Pada umumnya teknologi pengemasan bahan pangan menggunakan satu atau lebih konsep berikut ini: oksidasi asam askorbat (C6H8O6), oksidasi serbuk besi, oksidasi pewarna peka cahaya, oksidasi enzimatis, asam lemak tak jenuh dan ragi. Diantara bahan makanan tersebut, asam askorbat dianggap yang paling luas penerimaannya oleh konsumen. Adapun reaksi yang akan terjadi dengan asam L-askorbat adalah: Asam L-askorbat ↔ Asam dehidro L-askorbat + H2O Reaksi asam L-askorbat diatas berlangsung dengan bantuan enzim oksidase atau peroksidase. Dari reaksi tersebut dapat dijelaskan bahwa dengan keberadaan asam L-askorbat aktif, oksigen didalam kemasan akan menurun karena digunakan untuk mengoksidasi asam L-askorbat yang akhirnya akan menyebabkan respirasi pada buah menurun dan memperpanjang masa simpan. Dalam bukunya, Pantastico (1986) menyatakan bahwa asam askorbat, Cu-EDTA (kupri etilena diamin tetraasetat) dan BOH diketahui sebagai pembangkit pembentukan C2H4 (Cooper, dkk., 1986; Palmer dkk., 1967; Rasnussen dan Cooper 1968) bila disemprotkan sebelum pemanenan. Tetapi setelah dicoba sebagai pencelupan pascapanen, tidak ada dari zat-zat itu yang menghilangkan warna hijau dengan laju yang serupa dengan pengaruh pemberian C2H4 pada jeruk sitrun dan jeruk manis ”Satsuma” (Tsai dan Chiang, 1970), meskipun penghilangan warna hijaunya sedikit lebih baik daripada buah-buahan yanng tidak diberi perlakuan.
(a) Asam askorbat serbuk (b) Asam askorbat sachet Gambar 2. Asam askorbat dalam bentuk (a) serbuk dan (b) kemasan
2.5
ADSORPSI
Adsorpsi adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap. Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorben. Adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorben merupakan suatu media penyerap. Adsorpsi yang terjadi pada permukaan adsorben dibagi dalam dua jenis, yaitu: 1. Adsorpsi Fisika Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya van der walls dan biasanya adsorpsi ini berlangsung secara bolak-balik. Ketika gaya tarik-menarik molekul antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari gaya tarik-menarik zat terlarut dengan pelarut, maka zat terlarut akan cenderung teradsorpsi pada permukaan adsorben. 2. Adsorpsi Kimia Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi kimia antara zat padat dengan adsorbat larut dan reaksi ini tidak berlangsung bolak-balik. Interaksi suatu senyawa organik dan permukaan adsorben dapat terjadi melalui tarikan elektrostatis atau pembentukan ikatan kimia yang spesifik misalnya ikatan kovalen. Sifat-sifat molekul organik seperti struktur, gugus fungsional dan sifat hidrofobik berpengaruh pada sifat-sifat adsorpsi. Menurut Reynold (1982), adsorpsi adalah suatu proses dimana suatu partikel menempel pada suatu permukaan akibat dari adanya perbedaan muatan lemah diantara kedua benda, sehingga akhirnya membentuk suatu lapisan tipis partikel-partikel halus pada permukaan tersebut. Terdapat beberapa bahan yang umum digunakan sebagai bahan penyerap gas, diantaranya zeolit, silika gel, dan arang aktif. Ketiga bahan ini dianggap cukup aman jika diletakkan di sekitar buah selama tidak terjadi kontak langsung antara buah dengan bahan penyerap. Zeolit umumnya didefinisikan sebagai kristal alumina silika yang berstruktur tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Struktur zeolit sejauh ini diketahui bermacam-macam, tetapi secara garis besar strukturnya terbentuk dari unit bangun primer, berupa tetrahedral yang kemudian menjadi unit bangun sekunder polihedral dan membentuk polihendra dan akhirnya unit struktur zeolit. Karena sifat unik dari zeolit, maka zeolit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi di industri, diantaranya zeolit digunakan di industri minyak bumi sebagai cracking, di industri deterjen sebagai penukar ion, pelunak air sadah dan di industri pemurnian air, serta berbagai aplikasi lain (Sunarya, 2009). Zeolit juga ditemukan sebagai bantuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekuler dari reaksi yang terjadi. Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Zeolit dapat menjadi katalis yang shape-selective dengan tingkat transisi selektitas atau dengan pengeluaran reaktan pada dasar diameter molekul. Zeolit mampu menjadi katalis asam dan dapat digunakan sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapat digunakan dalam katalis oksida. Brody et.al (2001) menyatakan bahwa salah satu media yang biasa digunakan sebagai pembawa KMnO4 adalah silika gel. Silika gel dapat menyerap gas etilen, tetapi tidak dapat
mengoksidasi gas etilen. Walaupun demikian, silika gel dapat digunakan dengan KMnO4 untuk meningkatkan kapasitas penyerapan etilen. Selanjutnya dikatakan bahwa untuk mengikat etilen, bahan utama yang biasa digunakan adalah silika gel dengan KMnO4 sebagai pereaksi dengan etilen. Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Sol mirip agar-agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Sifat ini menjadikan silika gel dimanfaatkan sebagai zat penyerap, pengering dan penopang katalis (http://punkels.wordpress.com). Arang aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif (Djatmiko, et.al., 1983). Setyaningsih (1995) mengungkapkan bahwa terdapat dua jenis arang aktif yang dapat dibedakan menurut fungsinya, yaitu arang penyerap gas (gas adsorben carbon) dan arang fasa cair (liquid-phase carbon). Arang penyerap gas digunakan untuk menyerap gas. Pori-pori yang terdapat pada arang jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tapi molekul dari cairan tidak akan melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa. Arang fasa cair digunakan untuk menyerap zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul berukuran besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batu bara dan selulosa. Adapun mekanisme penyerapan menggunakan arang aktif adalah sebagai berikut : a. Molekul adsorbat berpindah menuju lapisan terluar dari adsorben. b. Karbon aktif dalam kesatuan kelompok mempunyai luas permukaan pori-pori yang besar sehingga dapat mengadakan penyerapan terhadap adsorbat. c. Sebagian adsorbat ada yang teradsorpsi di permukaan luar, tetapi sebagian besar teradsorpsi di dalam pori-pori adsorben dengan cara difusi. d. Bila kapasitas adsorpsi masih sangat besar, sebagian besar molekul adsorbat akan teradsorpsi dan terikat di permukaan. Tetapi bila permukaan pori adsorben sudah jenuh dengan adsorbat maka akan terjadi dua kemungkinan, yaitu, (1) terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya, dan (2) tidak terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya sehingga adsorbat yang belum teradsorpsi akan terus berdifusi keluar pori. Karbon aktif menurut bentuknya dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu bubuk dan granular. Karbon bentuk bubuk digunakan untuk adsorbsi dalam larutan. Misalnya untuk menghilangkan warna, sedangkan karbon bentuk granular digunakan untuk adsorbsi gas dan uap, dikenal pula sebagai karbon pengadsorbsi gas. Karbon bentuk granular kadang-kadang juga digunakan di dalam media larutan khususnya untuk deklrorinasi air dan untuk penghilang warna dalam larutan serta pemisahan komponen-komponen dalam suatu sistem yang mengalir. Bentuk karbon aktif, silika gel dan zeolit yang umum digunakan sebagai bahan penyerap terdapat pada Gambar 3.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Jenis bahan penyerap (a) arang aktif, (b) silika gel, dan (c) zeolit Dalam penelitian ini, terdapat dua proses adsorpsi, pertama adsorpsi asam askorbat dan kalium permanganat pada arang atau karbon aktif dan yang kedua adalah adsorpsi gas oksigen atau etilen pada arang aktif. Sehingga dapat dikatakan bahwa etilen dan oksigen merupakan adsorbat sedangkan arang aktif berperan sebagai adsorben. Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain.
2.6
POLA PENYERAPAN ETILEN DAN OKSIGEN
Pola Penyerapan Etilen dan Oksigen dapat ditentukan melalui pendekatan model matrmatika. Model matematika adalah pengabstraksian suatu masalah nyata berdasarkan asumsi tertentu ke dalam simbol-simbol matematika. Saat ini model matematika dipandang sebagai suatu alat yang ampuh dan murah untuk mengkaji dan menyelesaikan permasalahan dari berbagai bidang baik sains, teknik, industri, maupun ilmu-ilmu sosial. Kegunaannya sangat luas, mulai dari prediksi dan mitigasi bencana sampai dengan dukungan terhadap pengambilan keputusan (http://luk.staff.ugm.ac.id). Chapra dalam Rizki (2004) mendefinisikan model matematika sebagai suatu formulasi atau persamaan yang mengungkapkan segi utama suatu sistem atau poses fisika dalam istilah matematika. Model matematika di bentuk dari dua tahapan. Tahapan pertama memerlukan penguasaan konsep dasar peristiwa yang ditinjau, pemahaman konsep matematika, kemampuan imajinasi dan kemampuan menyederhanakan (membuat asumsi). Sedangkan tahap kedua dilakukan secara analitis atau secara numerik dengan operasi matematika. Cara analitis memerlukan kemampuan matematika yang tinggi tetapi memerlukan jumlah hitungan yang lebih banyak dengan bantuan komputer dan hanya memberikan jawaban pendekatan. Setiawan (1997) menjelaskan tahapan pokok pendekatan matematis ada dua tahapan yaitu (1) penyusunan persamaan matematis yang dapat mendekati peristiwa yang ditinjau (pemodelan) dan (2) penyelesaian persamaan-persamaan matematis yang telah disusun. Phillips (1976) dalam operation research, yang dimaksud dengan model adalah representasi sederhana dari sesuatu yang nyata. Dengan pengertian ini menunjukkan bahwa model tidak selalu sempurna. Tidak semua model matematika dapat diselesaikan dengan solusi analitis. Jika solusi analitis sulit didapatkan maka digunakan simulasi. Simulasi adalah suatu prosedur kuantitatif, yang menggambarkan sebuah sistem, dengan mengembangkan sebuah model dari sistem tersebut dan melakukan sederetan uji coba untuk memperkirakan perilaku sistem pada kurun waktu tertentu. Selama penyimpanan, buah-buahan mengalami perubahan karena adanya pengaruh lingkungan seperti suhu, kelembaban, dan tekanan udara. Melalui model matematika dapat diduga laju perubahan
mutu yang akan terjadi pada kondisi tertentu. Untuk menyusun model penyerapan etilen dan oksigen diperlukan beberapa parameter yang dapat diukur secara kuantitatif seperti konsentrasi etilen dan oksigen dalam selang waktu tertentu. Berdasarkan penelitian Sholihati (2004) yang menggunakan kalium permanganat untuk memperpanjang umur simpan pisang raja yang disimpan pada dua kondisi, yaitu suhu ruang (28 °C) dan suhu 15 °C. Konsentrasi KMnO4 yang digunakan adalah 10 gr, 20 gr, dan 30 gr dan arang aktif yang digunakan sebagai bahan adsorber adalah 10 gr, 20 gr, 30 gr, dan 40 gr. Model penyerapan etilen pada suhu 28 °C mengikuti persamaan: E = 0.0002t2 – 0.0009t + 0.0014
(1)
Sedangkan model penyerapan etilen pada suhu 15 °C mengikuti persamaan:
Laju Penyerapan Etilen (ml/gram/jam)
E = 0.0006t2 – 0.0004t + 0.0007
(2)
0,008 0,006 0,004 0,002 0 0
2
4 Waktu (jam)
6
8
Gambar 4. Pola penyerapan etilen pada suhu ruang Gambar 4 memperlihatkan pola penyerapan etilen mengacu kepada model penyerapan yang disusun oleh Sholihati (2004). Dari gambar terlihat bahwa pola penyerapan etilen mengikuti model kuadratik dan laju penyerapan etilen semakin besar seiring dengan bertambahnya waktu. Pola penyerapan oksigen berdasarkan Sagala (2010) menunjukan berkurangnya konsentrasi etilen akibat penggunaan asam askorbat selama 12 hari pengukuran, meskipun pengurangan oksigennya tergolong kecil (Gambar 5). Dalam penelitiannya, Sagala (2010) menggunakan asam askorbat 200 ppm, 400 ppm dan 60 ppm dan arang aktif sebanyak 10 gr sebagai media penyerapnya.
(a)
(b)
Gambar 5. Pola penyerapan oksigen pada (a) suhu ruang dan (b) suhu 15 °C
