IDENTIFIKASI INDIKATOR DAN MEDIUM UNTUK LABEL CERDAS PENCATAT UMUR SIMPAN PRODUK
RIRIS OCTAVIASARI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Identifikasi Indikator dan Medium untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk” 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, Oktober 2014 Riris Octaviasari NIM F34100092
ABSTRAK RIRIS OCTAVIASARI. Identifikasi Indikator Dan Medium Untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk. Dibimbing oleh ENDANG WARSIKI. Umur simpan merupakan faktor penting dalam menentukan kualitas dan keamanan pangan untuk dikonsumsi. Lemari es menjadi salah satu alternatif dalam memperpanjang umur simpan produk. Identifikasi umur simpan sulit dilakukan jika produk yang disimpan semakin banyak. Label cerdas dari Time Temperature Indicators (TTI) dapat mencatat umur simpan produk berdasarkan lama waktu penyimpanan. Pada penelitian ini dilakukan identifikasi indikator dan medium untuk pengembangan label cerdas berbasis difusi zat cair pada medium. Penelitian menggunakan medium (kertas Buffalo, HVS 80 gr, foto, concord, gambar dan karton duplex), indikator viskositas rendah (tinta boardmarker, stempel, bak, tato permanen, dan tato non permanen) dan indikator viskositas tinggi (minyak goreng, oli A dan oli B). Tahap awal dilakukan karakterisasi meliputi uji gramatur, rapat massa, densitas dan viskositas untuk mengetahui sifat indikator dan medium. Identifikasi dilakukan dengan mengukur panjang peresapan indikator pada medium jam ke 24, 48, 72 dan 96 kondisi suhu 30.15°C dan 50°C untuk minyak goreng, serta 30.15°C dan 5°C untuk oli A dan B. Slope panjang peresapan terhadap waktu adalah tetapan laju (k), sedangkan slope ln k terhadap 1/T adalah energi aktivasi (Ea). Indikator dan medium terbaik dipilih berdasarkan tingginya nilai Ea. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tinta tidak dapat meresap selama penyimpanan karena volatilitas tinggi dan viskositas rendah, sedangkan minyak goreng, oli A dan oli B mempunyai panjang peresapan tertentu selama penyimpanan. Indikator dan medium dapat mendeteksi umur simpan selama 4 hari penyimpanan. Berdasarkan energi aktivasi, maka indikator oli A sesuai untuk label cerdas. Medium yang baik untuk pengembangan label berdasarkan energi aktivasi rendah hingga tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto. Kata kunci: Indikator warna, difusi, pencatat umur simpan ABSTRACT RIRIS OCTAVIASARI. Identification Of Indicator And Material For Product Shelf Life Recorder Smart Label. Supervised by ENDANG WARSIKI. Shelf life is an important factor in determining the quality and safety of food for consumption. Refrigerator becomes an alternative in extending product shelf life. Shelf life is difficult to be identified if the product stored for too long. Smart label of Time Temperature Indicators (TTI) can record the product shelf life based on its storage time. In this research, identification of indicator and material for smart label development based on liquid diffusion in material was conducted. This study used several types of materials (buffalo paper, HVS 80 gr, photo paper, concord, drawing paper and cardboard duplex), low viscosity indicators (boardmarker ink, stamp, tubs, permanent tattoo and non-permanent tattoos) and high viscosity indicators (cooking oil, lubricant A and lubricant B). The initial phase
was characterizations such as grammage, density, mass density and viscosity test aimed to determine the properties of indicators and materials. Identification was implemented by measuring the diffusion length of indicator in the material at 24, 48, 72 and 96 h in temperature of 30.15°C and 50°C for cooking oil, while 30.15°C and 5°C for oil A and B. The slope of diffusion length versus time is called by rate constant (k), where as the slope of ln k versus 1/T is called by activation energy (Ea). Best indicator and the material were selected based on their high value of Ea. Result showed that the ink was not be absorbed during storage due to its high volatility and low viscosity, while cooking oil, lubricant A and lubricant B have specific diffusion length during storage. These indicators and materials were able to detect up to 4 days of shelf life during storage. Based on activation energy, the most suitable indicator for smart label was lubricant A. The best materials for this label development sequentially from low-to-high activation energy were buffalo paper, duplex cartons, drawing paper, concord, HVS 80 g and photo paper. Keyword: color indicator, diffusion, shelf life recorder
IDENTIFIKASI INDIKATOR DAN MEDIUM UNTUK LABEL CERDAS PENCATAT UMUR SIMPAN PRODUK
RIRIS OCTAVIASARI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Identifikasi Indikator dan Medium untuk Label Cerdas Pencatat Umur Simpan Produk” ini. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Endang Warsiki, S.TP., M.Si selaku dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya selama penulis menyelesaikan penelitian dan skrispi, kepada Prof. Djumali Mangunwidjaja, DEA dan Dr. Eng. Taufik Djatna, S.TP., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis, kepada kedua orang tua tercinta Sucipto, Umiati, Eyang dan Ahmad Mujiburrahman, serta semua sahabat atas segala kasih sayang, dukungan, dan doanya selama ini. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Departemen Teknologi Industri Pertanian atas dana bantuan penelitian yang telah diberikan, seluruh staf pengajar dan laboran Laboratorium Teknologi Industri Pertanian atas segala ilmu dan bantuannya, serta kepada seluruh keluarga besar Teknologi Industri Pertanian 47 untuk pelajaran dan pengalamannya selama ini. Penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bogor, Oktober 2014 Riris Octaviasari
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN Latar Belakang
ix ix ix 1 1
Tujuan
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA Kemasan Cerdas
2 2
Time-Temperature Indicator (TTI)
3
Difusi
4
Potensi Pemanfaatan Indikator dan Medium
5
Tetapan Laju dan Energi Aktivasi
7
METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Prosedur Penelitian
8 8 8
Karakterisasi Medium
8
Karakterisasi Zat Cair
9
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Medium HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Medium
10 13 13
Gramatur
13
Rapat Massa
14
Karakterisasi Zat Cair
15
Densitas
15
Viskositas
16
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Kertas
17
Tetapan Laju Serapan dan Energi Aktivasi
21
PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA RIWAYAT HIDUP
30 30 30 30 41
DAFTAR TABEL 1 Perbedaan viskositas minyak goreng, oli A dan oli B 2 Laju serapan dan R2 zat cair pada kertas 3 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B pada suhu 30.15°C 4 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C) 5 Nilai energi aktivasi (Ea)
16 20 23 25 28
DAFTAR GAMBAR 1 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator viskositas rendah 2 Diag alir pembuatan label cerdas I 3 Diag alir pembuatan label cerdas II 4 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator viskositas tinggi 5 Grafik hubungan jenis kertas dengan nilai gramatur 6 Grafik hubungan jenis kertas dengan nilai rapat massa 7 Grafik hubungan antara densitas dan suhu pada minyak goreng, oli A dan oli B 8 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan minyak goreng pada medium 9 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan oli A pada medium 10 Grafik hubungan rata-rata panjang serapan oli B pada medium 11 Indikator minyak goreng 12 Indikator oli 13 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng pada 30.15°C 14 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli A 30.15°C 16 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng (50°C) 17 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli A (5°C) 18 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli B (5°C) 19 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator minyak goreng 20 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator oli A 21 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator oli B
11 11 12 12 13 14 15 19 19 19 21 21 22 22 24 24 25 26 26 27
DAFTAR LAMPIRAN 1 Penjabaran kinetika orde satu hukum Fick dalam penentuan koefisien panjang peresapan 2 Peresapan panjang tinta pada kertas jam ke-0 sampai jam ke-1 3 Nilai rataan panjang serapan setiap jenis kertas pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B penyimpanan jam ke-0 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B 5 Prototype label cerdas dalam lemari es selama 4 hari penyimpanan
33 34
35 36 40
PENDAHULUAN Latar Belakang Umur simpan merupakan rentang waktu antara saat produk mulai dikemas dengan mutu produk yang masih memenuhi syarat dikonsumsi. Informasi mengenai umur simpan produk sangat penting untuk dicantumkan karena berhubungan erat dengan kualitas dan keamanan produk pangan. Dengan adanya informasi umur simpan, baik produsen maupun konsumen tidak hanya dapat mengetahui kualitas dan keamanan produk. Umur simpan juga akan memberikan informasi terkait adanya perubahan pada produk baik penampakan, aroma, rasa, dan lain-lain. Salah satu alternatif yang dilakukan untuk mengetahui masa penyimpanan produk yaitu dengan membuat label cerdas yang dapat mencatat umur simpan produk yang dikenal dengan Time-Temperature Indicator (TTI). Prinsip pembuatan TTI berbeda tergantung dari adanya respon perubahan produk secara fisik maupun kimiawi selama penyimpanan. Salah satu prinsip pembuatan TTI yaitu dengan memanfaatkan prinsip difusi suatu indikator pada medium tertentu. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan TTI dengan prinsip difusi seperti TTI berbasis difusi asam laktat, TTI berbasis difusi zat kimia teraktivasi, dan TTI berbasis difusi ester asam lemak. Pada penelitian ini akan dilakukan identifikasi atau karakterisasi medium dan indikator yang sesuai untuk pembuatan label cerdas. Kertas dan karton dipilih sebagai bahan medium peresapan. Hal ini dikarenakan difusi berlangsung melalui pori-pori atau celah pada medium. Pada dasarnya kertas dan karton memiliki poripori atau celah antar ikatan serat selulosa yang menyusunnya. Pori-pori atau celah yang dapat dilalui oleh cairan dengan proses difusi. Setiap jenis kertas dan karton memiliki ukuran dan jumlah celah yang berbeda tergantung dari jenis selulosa yang menyusunnya. Indikator peresapan menggunakan dua jenis zat cair yang memiliki perbedaan viskositas yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Prinsip difusi pada suatu cairan dipengaruhi oleh tingkat viskositasnya, dimana semakin tinggi viskositas cairan akan semakin tinggi pula laju alirnya dan sebaliknya. Dengan membandingkan dua zat cair yang berbeda viskositas, maka dapat diketahui jenis zat cair mana yang paling sesuai untuk digunakan sebagai indikator label berdasarkan daya resap yang paling rendah. Label cerdas akan diaplikasikan di dalam lemari es. Hal ini dikarenakan adanya kebiasaan masyarakat umum, khususnya ibu rumah tangga sering menyimpan makanan dalam lemari es tanpa memberikan penandaan kapan penyimpanan dimulai. Padahal jarak waktu penyimpanan dengan waktu konsumsi harus diperhatikan karena lama masa penyimpanan dapat mempengaruhi mutu makanan yang akan dikonsumsi. Lama waktu penyimpanan dapat diketahui dengan menggunakan label cerdas pencatat umur simpan produk tersebut. Dengan adanya label cerdas, maka akan memudahkan dalam identifikasi pencatatan lama waktu penyimpanan produk dalam lemari es. Sehingga keamanan dan kualitas makanan yang disimpan dalam lemari es tetap terjaga hingga makanan tersebut dikonsumsi. Label cerdas akan dibuat dengan menggunakan prinsip difusi zat cair, dimana indikator zat cair akan dibiarkan meresap (difusi) pada kertas selama kurun waktu 4 hari penyimpanan. Setiap 24 jam zat cair akan memiliki rentang
2 panjang peresapan tertentu selama 4 hari penyimpanan. Panjang peresapan zat cair tiap 24 jam tersebut yang akan dimanfaatkan sebagai pencatat atau pendeteksi lamanya penyimpanan produk yang telah dilakukan. Rentang panjang peresapan zat cair akan menunjukkan masa simpan produk dalam lemari es pada hari ke-1, 2, 3 dan 4. Label cerdas yang dibuat dapat direkatkan pada kemasan produk selama produk disimpan dalam lemari es. Selama proses penyimpanan akan terjadi peresapan zat cair di sepanjang kertas yang digunakan sebagai media. Label akan mencatat masa penyimpanan produk yang berbasis pada daya peresapan zat cair (difusi). Semakin lama proses penyimpanan, maka akan semakin panjang pula peresapan zat cair pada media. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian lebih lanjut terkait jenis zat cair dan medium yang digunakan sebagai media peresapan agar dihasilkan label cerdas yang dapat mencatat umur simpan produk. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : Mengetahui karakteristik indikator dan medium yang akan digunakan untuk membuat label cerdas Mengetahui laju resapan indikator pada medium kondisi suhu ruang dan suhu rendah Menghitung nilai tetapan laju serapan dan energi aktivasi zat cair pada medium Memilih jenis indikator dan medium sebagai media peresapan yang akan digunakan untuk membuat label cerdas. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini difokuskan pada identifikasi indikator dan medium untuk pembuatan label cerdas pencatat umur simpan produk. Penelitian dilakukan menggunakan beberapa jenis medium dan zat cair sebagai indikator. Medium dan zat cair dikarakterisasi terlebih dahulu untuk mengetahui sifat-sifatnya. Selanjutnya menghitung tetapan laju serapan dan nilai energi aktivasi (Ea) setiap indikator pada masing-masing medium untuk menentukan indikator dan jenis medium yang sesuai untuk label cerdas pencatat umur simpan produk.
TINJAUAN PUSTAKA Kemasan Cerdas Kemasan cerdas (smart packaging) adalah kemasan yang memiliki indikator baik yang diletakkan secara internal maupun secara eksternal dan mampu memberikan informasi tentang keadaan kemasan dan atau kualitas kemasan di dalamnya (Robertson 2006). Menurut Robertson (2006) fungsi dari kemasan cerdas diantaranya:
3 1. Fungsi cerdik (smartness) yang diharapkan dari kemasan cerdas saat ini adalah mempertahankan integritas dan mencegah secara aktif kerusakan produk (memperpanjang umur simpan) 2. Meningkatkan atribut produk (misalnya penampilan, rasa, flavor, aroma dan lain-lain) 3. Memberikan respon secara aktif terhadap perubahan produk atau lingkungan kemasan 4. Mengkomunikasikan informasi produk, riwayat produk (product history) atau kondisi untuk penggunanya. Pengemasan cerdas bertujuan untuk mengawasi kondisi makanan terkemas dengan tujuan untuk mendapatkan informasi mengenai kualitas makanan dalam kemasan sewaktu transportasi dan penyimpanan. Pengawasan kondisi makanan dilakukan dengan menggunakan indikator yang dibedakan atas indikator luar dan indikator dalam. Indikator luar adalah indikator yang diletakkan di luar kemasan sementara indikator dalam adalah indikator yang ditempatkan di dalam kemasan dapat ditempatkan pada head-space kemasan atau ditambahkan pada penutup kemasan. Contoh indikator luar yaitu indikator waktu, indikator suhu dan indikator pertumbuhan mikroba, sedangkan contoh indikator dalam adalah indikator oksigen, indikator karbon dioksida, indikator patogen dan indikator pertumbuhan mikroba (Ahvenainen 2003). Beberapa penelitian telah banyak yang mengembangkan kemasan cerdas baik indikator dalam maupun indikator luar untuk mengetahui kualitas dan keamanan produk. Penelitian yang telah dilakukan terkait kemasan cerdas seperti kemasan cerdas indikator warna untuk mendeteksi kesegaran buah nanas potong selama penyimpanan (Putri 2012) dan pembuatan label cerdas pendeteksi Esherichia coli (Lestari 2013). Pada penelitian Putri (2012) dilakukan pembuatan indikator warna berbahan dasar kitosan untuk mengetahui tingkat kesegaran buah nanas potong, sedangkan pada penelitian lestari (2013) dilakukan pembuatan label cerdas dengan bahan dasar campuran agar bubuk dan EMB untuk mendeteksi adanya Esherichia coli yang diaplikasikan pada daging. Time-Temperature Indicator (TTI) Salah satu solusi kemasan cerdas indikator suhu-waktu yang tersedia untuk dapat mendeteksi umur simpan produk non-destruktif yaitu Time-Temperature Indicator (TTI). Indikator ini memiliki prinsip kerja sebagai colorimetric dengan melihat perubahan warna akibat menurunnya mutu produk perikanan di dalam kemasan. Label TTI memperlihatkan perubahan warna akibat efek perubahan suhu kerena reaksi antara kimia (Hasnedi 2009). Time-Temperature Indicator (TTI) didefinisikan sebagai sebuah perangkat atau alat yang digunakan untuk menentukan ukuran perubahan suhu dan waktu yang terjadi dengan mencerminkan pengukuran suhu secara keseluruhan maupun suhu parsial produk makanan yang disimpan dalam jangka waktu tertentu (Taoukis dan Labuza 1989). Proses yang terjadi pada penggunaan TTI ini didasarkan pada perubahan yang terjadi secara mekanik, kimia, elektrokimia, enzimatis maupun biologis, yang biasanya dinyatakan sebagai respon yang terlihat atau terdeteksi dalam bentuk deformasi secara mekanis (Taoukis dan Labuza 2003). Respon terhadap berbagai perubahan kondisi penyimpanan tersebut memberikan indikasi kumulatif
4 perubahan suhu selama penyimpanan yang dapat dideteksi oleh TTI. Ada dua tipe Time Temperature Indicator yaitu memberikan perubahan suhu yang masuk untuk menunjukkan kumulatif dari perubahan suhu diatas suhu kritis serta lamanya perubahan suhu itu terjadi (Time Temperature Indicators –TTI) dan memberikan informasi apakah suhu berada diatas atau dibawah suhu kritis (Temperature indicators–TI). TI parsial tidak mampu merespon perubahan secara sebagian pada produk, kecuali akumulasi keseluruhan perubahan suhu saat penyimpanan produk yang dilakukan telah melewati ambang batas yang telah ditentukan. Hal ini mengindikasikan bahwa produk tersebut telah terpapar suhu penyimpanan yang akan menyebabkan perubahan kualitas produk. Sedangkan TTI kumulatif dapat memberikan respon secara terus menerus selama terjadi perubahan suhu selama masa penyimpanan produk dan biasanya menjadikannya sebagai fokus utama untuk kepentingan penelitian maupun eksploitasi secara komersial. Pada dasarnya TTI merupakan suatu tag kecil atau label yang dapat mendeteksi perkembangan suhu dan waktu untuk menentukan umur simpan produk yang mudah rusak khususnya selama distribusi dari produsen hingga sampai ke tangan konsumen akhir. Label TTI ini umumnya digunakan untuk menentukan umur simpan pada produk-produk hasil peternakan seperti daging dan produk unggas, dimana distribusi biasanya dilakukan dalam kondisi yang dingin sehingga cukup berpotensi dalam pertumbuhan mikroba yang sangat mempengaruhi produk. Menurut Taoukis dan Labuza (2003) syarat-syarat TTI untuk dapat digunakan secara komersial dalam kemasan pangan yaitu: Mudah untuk digunakan dan diaktivasi Tidak merusak kemasan Harus dapat diaplikasikan dan diaktivasi pada saat pengemasan (bukan sebelum pengemasan) Harus memberikan respon yang akurat mengenai perubahan suhu penyimpanan dan fluktuasi suhu yang cepat. Respon ini harus bersifat tidak dapat balik (irreversible) dan berkorelasi dengan kerusakan aktual pada bahan pangan yang disimpan Mempunyai kemampuan untuk mengakumulasi pengaruh suhu dan waktu selama periode penyimpanan produk Mudah dibaca dan jelas sehingga tidak terjadi kesalahpahaman oleh konsumen saat membaca TTI tersebut. Sejumlah besar jenis TTI telah dikembangkan dan dipatenkan berdasarkan prinsip-prinsip dan aplikasi yang telah ditinjau sebelumnya (Taoukis dan Labuza 2003). Saat ini juga telah tersedia secara komersial TTI dengan prinsip enzimatis, dan berbasis sistem polimer yang semuanya dapat diaplikasikan pada berbagai produk seperti daging dan produk unggas. Difusi Difusi atau pembauran (Diffusion) merupakan gerakan suatu komponen melalui suatu campuran yang berlangsung karena suatu rangsangan fisika. Pada umumnya, peristiwa disfusi disebabkan oleh adanya gradien atau (landaian)
5 konsentrasi pada komponen yang terdisfusi itu. Gradien konsentrasi cenderung menyebabkan terjadinya gerakan komponen itu kearah yang menyamakan konsentrasi dan menghapuskan gradien. Bila gradien itu dipertahankan dengan menambahkan komponen yang terdifusi secara terus menerus pada ke ujung yang berkonsentrasi tinggi pada gradient itu, aliran yang berdifusi akan berlangsung secara kontinu (sinambung) (McCabe et al. 1999). Peristiwa difusi pada suatu media dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Menurut Adrimarsya (2012) beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi, yaitu: 1. Ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu bergerak, sehingga kecepatan difusi semakin tinggi. 2. Ketebalan membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi. 3. Luas suatu area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya. 4. Jarak. Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya. 5. Suhu. Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya. Potensi Pemanfaatan Indikator dan Medium Label cerdas pencatat umur simpan produk dapat dibuat dengan menggunakan prinsip difusi. Prinsip difusi yang dimanfaatkan untuk pembuatan label cerdas dapat menggunakan beberapa jenis indikator tergantung dari fungsi yang akan digunakan dari label cerdas tersebut baik untuk mengidentifikasi adanya perubahan suhu, waktu, maupun kualitas produk selama masa penyimpanan, distribusi dan transportasi. Beberapa jenis label cerdas dengan prinsip difusi telah dihasilkan seperti difusi bahan kimia teraktivasi, ester asam lemak, dan asam laktat. Salah satu label cerdas yang telah dikembangkan dengan memanfaatkan prinsip difusi yaitu label cerdas berbasis Time Temperature Indicator (TTI) dengan difusi asam laktat untuk mendeteksi kualitas produk makanan (Wanihsuksombat et al. 2010). Pada penelitian ini akan dilakukan identifikasi medium peresapan berupa zat padat dan indikator peresapan berupa zat cair untuk pembuatan label cerdas pencatat umur simpan produk. Medium yang digunakan untuk media peresapan indikator yaitu kertas. Kertas atau karton merupakan material yang dibuat dari bahan dasar yang mengandung selulosa yang diberi perlakuan kimia, dibilas, diuraikan, dipucatkan, dibentuk menjadi lembaran setelah pressing dan dikeringkan (Sinuhaji 2010). Selulosa yang menyusun lembaran kertas atau karton akan saling berikatan. Daya ikat antar serat dalam suatu lembaran kertas atau karton akan ditentukan oleh besarnya intensitas ikatan, banyaknya fibrilasi dan susunan molekul selulosa, sehingga dapat menyebabkan terjadinya ikatan hidrogen (Nasution 2010). Daya ikat serat pada kertas atau karton tergantung dari jenis selulosa yang digunakan. Daya ikat serat mempengaruhi pori-pori maupun jumlah celah yang terbentuk pada permukaan kertas atau karton. Pori-pori yang dimiliki kertas akan membuat kertas atau karton mampu menyerap suatu cairan melalui difusi. Difusi suatu zat cair dapat terjadi melewati celah suatu membran
6 atau medium. Dengan adanya pori-pori atau celah dari ikatan serat selulosa pada kertas tersebut, maka kertas dapat dijadikan sebagai medium dalam proses difusi oleh indikator berupa cairan Indikator yang digunakan untuk pembuatan label cerdas yaitu zat cair. Label cerdas pencatat umur simpan produk dapat dibuat dengan menfaatkan difusi zat cair pada medium kertas. Dua jenis indikator yang digunakan berdasarkan perbedaan viskositas yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Viskositas merupakan ukuran kekentalan dari cairan yang menentukan laju kecepatan alirnya. Semakin lambat aliran berarti viskositasnya tinggi, dan sebaliknya semakin cepat aliran berarti viskositasnya makin rendah (Kanoni 1999). Indikator viskositas rendah yang digunakan yaitu tinta, sedangkan indikator viskositas tinggi yang digunakan yaitu minyak. Tinta mengandung tiga komponen utama yang terdri dari bahan pewarna (pigmen), zat pengikat (varnish/vehicle), dan zat aditif atau bahan penolong. Setiap komponen tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Bahan pewarna berfungsi memberikan warna pada tinta, membentuk bodi pada tinta dan memberikan lapisan warna pada permukaan hasil cetakan. Zat pengikat berfungsi mengikat bahan pewarna dan bahan penolong sehingga tercampur dengan baik. Zat aditif dari pelarut (solvent), resin, dan minyak pengerin. Sedangkan zat aditif berfungsi untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada tinta, baik sifat kimia (mengatur proses pengeringan tinta) maupun sifat fisika tinta (sifat alir tinta, ketahanan gosok tinta dan sebagainya (Adhi dan Susanto 2013). Adanya kandungan bahan pewarna pada tinta dapat memudahkan dalam melihat respon difusi zat cair pada medium selama masa penyimpanan untuk mencatat umur simpan. Selain itu tinta memiliki komponen yang dapat mempengaruhi tingkat viskositas seperti pelarut (Hidrokarbon, ester, keton dan alkohol). Adanya kandungan pelarut tersebut yang menyebabkan tinta memiliki viskositas yang lebih rendah dibandingkan minyak. Viskositas yang rendah akan meningkatkan laju alir tinta. Sehingga tinta dikategorikan sebagai zat cair viskositas rendah dan diidentifikasi untuk menentukan panjang peresapannya pada medium. Viskositas hanya dimiliki pada cairan atau fluida riil dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu jenis zat cair yang memiliki viskositas yaitu minyak. Minyak memiliki tingkat viskositas tinggi dan berbeda satu sama lainnya. Jenis minyak yang memiliki viskositas tinggi seperti minyak goreng dan oli. Minyak kelapa sawit yang menjadi bahan baku minyak goreng memiliki viskositas sebesar 60 cSt pada suhu 20°C (Vaitilingom et al. 1997), sedangkan oli memiliki viskositas sebesar 39.30 cSt (Nugroho dan Sunarno 2012). Adanya perbedaan nilai viskositas antara kedua minyak tersebut, dapat digunakan sebagai perbandingan indikator viskositas tinggi dalam pembuatan label cerdas dengan mengetahui panjang peresapan masing-masing indikator pada medium. Viskositas dipengaruhi oleh suhu dimana semakin tinggi suhu suatu cairan maka semakin rendah viskositasnya dan laju alirnya akan meningkat. Begitu pula sebaliknya. Semakin rendah suhu, maka akan semakin tinggi viskositasnya dan laju alir dari cairan akan menurun.
7 Tetapan Laju dan Energi Aktivasi Kesesuaian antara jenis kertas dan zat cair yang digunakan dapat diketahui dengan melihat nilai energi aktivasi setiap medium terhadap zat cair yang digunakan. Sebelum menentukan nilai energi aktivasi tersebut, maka ditentukan terlebih dahulu masing-masing nilai slope hubungan antara panjang serapan zat cair pada medium terhadap lamanya waktu penyimpanan. Daya serap dari zat cair yang terjadi pada media medium yang digambarkan dengan panjang peresapan zat cair tersebut mengikuti persamaan kinetika orde satu (Coe 1971; Smith 1993; Ritchie 1996 dalam Warsiki 2006) sebagai berikut:
(1) dimana C adalah konsentrasi pelarut; k adalah konstanta orde satu; C˷ dan Ct menunjukkan konsentrasi pada saat keseimbangan, dan t adalah waktu. Kinetika orde satu yang dijelaskan oleh hukum Fick tersebut ditransformasikan dalam penentuan nilai konstanta laju serapan zat cair pada medium kertas buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex. Dari persamaan (1) maka variabel yang digunakan untuk menentukan konstanta daya serap zat cair pada medium sebagai berikut:
(2) sehingga:
(3) dimana : L k Lt L
= panjang serapan (cm) = konstanta serapan = panjang akhir serapan saat penyimpanan jam ke-t = panjang awal serapan saat penyimpanan jam tak terhingga
Berdasarkan persamaan (2) hubungan antara nilai k dengan perubahan panjang peresapan dapat dituliskan pada persamaan 4 dengan penjabaran dapat dilihat pada Lampiran 1.
(4) Dengan demikian konstanta laju serapan k dapat diperoleh dari slope grafik hubungan antara nilai terhadap waktu (t). Tetapan laju sangat tergantung suhu. Dalam penyelesaian banyak kasus, hubungan antara logaritma dari tetapan laju dan kebalikan dari suhu mutlak pada kisaran tertentu dari suhu secara linier dan kuantitatif dijelaskan dengan
8 menggunakan persamaan Arrhenius (Smith 1993; Coe 1971 dalam Warsiki 2006). Persamaan Arrhenius tersebut menunjukkan hubungan antara tetapan laju k, suhu dan energi aktivasi. k=A× Dimana,
(5)
k = tetapan laju A = faktor frekuensi Ea = energi aktivasi (J/mol) R = tetapan gas ideal = 8.3184 J/mol K T = suhu mutlak (K)
dengan demikian energi aktivasi (Ea) dan faktor frekuensi (A) dapat diketahui dari nilai slope dan intersep dari grafik plot nilai hubungan antara ln k dengan 1/T (persamaan 6). ln k = -Ea/RT + ln A
(6)
METODE PENELITIAN Alat dan Bahan 1. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gunting, bolpoin, penggaris, lemari es, jar, gelas ukur, thickness gauge, tabung Ostwald, piknometer, waterbath, gelas piala, neraca analitik, sudip, inkubator, termometer ruangan dan pipet tetes. 2. Bahan Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah lima jenis kertas dan satu jenis karton yaitu buffalo, HVS 80 g, foto, concord, buku gambar dan karton duplex sebagai medium pembuatan label, 5 jenis tinta yaitu tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel, minyak goreng, oli A, oli B, sebagai zat cair yang digunakan, pewarna minyak dan alkohol. Prosedur Penelitian Karakterisasi Medium Uji Gramatur (SNI 0123:2008) Gramatur adalah massa kertas atau karton dalam g dibagi dengan satu satuan luas dalam meter persegi yang diukur dalam kondisi standar (30.15°C, 1 atm). Prosedur percobaan yang dilakukan untuk menghitung nilai gramatur kertas atau karton yaitu lembaran kertas atau karton dipotong dengan ukuran sampel 20
9 × 1.5 cm. Kemudian potongan sampel ditimbang untuk menentukan massa kertas atau karton. Setiap sampel tersebut diukur panjang dan lebarnya untuk menentukan luas. Gramatur diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai gramatur (persamaan 7).
(7) Dimana: G = Gramatur kertas atau karton (g/m2) m = Massa kertas atau karton (g) L = Luas kertas atau karton (m2)
Uji Rapat Massa (SNI 0123:2008) Rapat masssa atau densitas adalah besaran yang menyatakan perbandingan antara massa kertas atau karton dibagi dengan volume kertas atau karton, diukur pada kondisi standar. Prosedur percobaan yang dilakukan untuk menghitung nilai rapat massa yaitu lembaran kertas atau karton dipotong sesuai ukuran sampel 20 × 1.5 cm. Kemudian ditimbang untuk menentukan massa masing-masing kertas atau karton. Setiap kertas atau karton diukur panjang dan lebarnya untuk menentukan luas. Selanjutnya kertas atau karton juga diukur nilai ketebalannya. Rapat massa diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai rapat massa (persamaan 8).
(8) Karakterisasi Zat Cair Uji Densitas (SNI 04-7182-2006) Piknometer kosong dicuci dengan aquades dan dibilas dengan etanol, ditimbang lalu diisi dengan air dan dimasukkan ke dalam penangas air yang telah ditetapkan suhunya, yaitu 25oC. Kemudian permukaan air diatur sampai pada puncak kapiler, dibiarkan selama 15 menit. Piknometer dipindahkan dari penangas, dikeringkan bagian luarnya dan ditimbang dengan teliti. Piknometer dikosongkan, lalu dibasuh beberapa kali dengan alkohol kemudian dikeringkan kembali. Prosedur di atas diulangi dengan menggunakan sampel yang akan diukur sebagai pengganti air. Densitas sampel dapat diukur dengan rumus berikut: Bobot jenis (g/mL) =
Bobot sampel Bobot air
Bobot jenis sampel pada suhu tertentu dapat dihitung dengan rumus, G = G’ + nilai koreksi (25oC ToC). Nilai koreksi ditambahkan jika pengukuran di atas suhu 15oC, dan dikurangi pada suhu di bawah 15oC. Dimana:
10 G = bobot jenis sampel pada suhu 25oC G’ = bobot jenis sampel pada suhu pengukuran (pada ToC).
Uji Viskositas (SNI 04-7182-2006) Analisis ini dilakukan dengan menggunakan alat viskosimeter. Aquades dipanaskan pada suhu 40°C dan dimasukkan ke dalam tabung viskosimeter Ostwald. Waktu yang diperlukan untuk mencapai tanda tera dicatat. Selanjutnya zat cair dipanaskan pada suhu 40°C dan dimasukkan ke dalam tabung viskosimeter Ostwald. Kemudian waktu yang diperlukan untuk mencapai tanda tera dicatat. Viskositas diperoleh dari perhitungan menggunakan rumus nilai viskositas (persamaan 9).
(9) Dimana: µ d1 t1 d2 t2
= = = = =
viskositas aquades suhu 40°C densitas aquades suhu 40°C (g/mL) waktu yang diperlukan aquades untuk mengalir (detik) densitas zat cair suhu 40°C (g/mL) waktu yang diperlukan untuk zat cair mengalir (detik)
Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Medium Pada penelitian ini akan dilakukan pencarian jenis medium dan zat cair yang sesuai dengan kebutuhan untuk pembuatan label cerdas pencatat umur simpan produk. Pada tahap ini dilakukan uji peresapan zat cair pada medium. Medium peresapan yang digunakan terdiri dari buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex. Zat cair sebagai indikator peresapan pada medium dipilih dari dua cairan yang berbeda. Dua jenis cair yang digunakan dipilih berdasarkan perbedaan viskositas dimana zat cair yang satu mempunyai viskositas tinggi dan zat cair lainnya mempunyai viskositas rendah. Adapun masing-masing jenis zat cair dibedakan lagi berdasarkan jenisnya. Zat cair viskositas tinggi meliputi minyak goreng, oli A dan oli B, sedangkan zat cair dengan viskositas rendah meliputi tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel
Pembuatan Label dengan Indikator Viskositas Rendah Kertas atau karton dipotong persegi panjang (label) dengan ukuran 20 × 1.5 cm, kemudian tinta diteteskan di salah satu ujung kertas atau karton. Selanjutnya didiamkan selama 10 detik dan diberi tanda pada batas penyebaran setelah tinta diteteskan sebagai batas pengamatan pada jam ke-0. Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator viskositas rendah dapat dilihat pada Gambar 1. Selanjutnya label disimpan pada suhu ruang selama 96 jam dengan
11 melakukan pencatatan panjang peresapan zat cair. pembuatan label cerdas dapat dilihat pada Gambar 2.
tinta
medium kertas
Adapun diagram alir
t=0
Gambar 1 Ilustrasi pemberian tanda batas untuk pengamatan jam ke-0 indikator viskositas rendah
Start
Kertas atau Karton Kertas / karton
Dipotong ukuran 20 × 1.5 cm dan ditetesi tinta pada salah satu ujungnya Sampel yang ditetesi tinta
Didiamkan (selama 10 detik) dan dibuat tanda batas penyerapan awal (jam ke-0) Label
Label disimpan selama 96 jam pada suhu ruang dan dicatat panjang peresapan jam ke-24, 48, 72 dan 96) Nilai Panjang peresapan
Tetapan laju dan energi aktivasi dihitung dari nilai panjang peresapan Nilai Panjang peresapan dan Ea Nilai tetapan laju dan Energi Aktivasi
End Gambar 2 Diagram alir pembuatan label cerdas I
12 Pembuatan Label dengan Indikator Viskositas Tinggi Kertas atau karton atau karton dipotong persegi panjang dengan ukuran 20 × 1.5 cm kemudian dicelupkan ke dalam jar berisi zat cair yang telah diberikan pewarna sebelumnya. Kertas atau karton atau karton diberi tanda pada bagian ujungnya sebelum dicelupkan untuk memudahkan pengukuran pengamatan mulai jam ke-0. Ilustrasi pemberian tanda batas jam ke-0 indikator viskositas tinggi dapat dilihat pada Gambar 3. dengan metode pembuatan label cerdas dapat dilihat pada Gambar 4.
medi medium
Jar + zat cairtanda batas jam ke-0 indikator viskositas tinggi Gambar 3 Ilustrasi pemberian Start
Start
10 mL minyak, 0.05 g Pewarna
Kertas atau karton Kertas atau karton
Minyak, pewarna
Dicampur dan diambil 10 mL dengan gelas ukur untuk dituang ke jar
Dipotong ukuran 1.5 × 20 cm
Jar berisi minyak
Label dicelupkan dalam jar dan disimpan (suhu ruang, lemari es, dan inkubator) dengan panjang peresapan dicatat jam ke-24, 48, 72 dan 96
Sampel kertas
atau karton Diberi garis batas pencelupan dengan jarak 0.5 cm dari ujungnya
Nilai panjang peresapan
Tetapan laju dan energi aktivasi dihitung dari nilai panjang peresapan
Label dengan tanda batas pencelupan
Label
Label
Nilai panjang peresapan Nilai tetapan laju dan Energi Aktivasi
End Gambar 4 Diagram alir pembuatan label cerdas II
13
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Medium Gramatur
Gramatur (g/m2)
Gramatur adalah massa lembaran kertas atau karton dalam g dibagi dengan satuan luas kertas atau karton dalam meter persegi, diukur pada kondisi standar (BSN 2008). Pada dasarnya nilai gramatur setiap jenis kertas atau karton berbedabeda. Nilai gramatur setiap kertas atau karton yang berbeda tersebut tergantung dari jenis dan komposisi bahan (pulp) yang digunakan dalam proses pembuatannya. Keragaman gramatur, ketebalan, dan rapat massa memiliki hubungan yang sangat erat satu sama lain, begitu pula dengan panjang dan lebarnya. Hal ini disebabkan karena formulasi gramatur dapat diperoleh dari perbandingan berat kertas atau karton (g) dengan luasan kertas atau karton(m2), sedangkan untuk rapat massa merupakan perbandingan gramatur (g/m2) dengan ketebalan. Maka dari itu antara rapat massa, ketebalan dan gramatur saling berkaitan dalam menentukan sifat lembaran kertas atau karton (karton) (Nurminah 2002). Berdasarkan perhitungan gramatur yang dilakukan, maka nilai gramatur setiap kertas atau karton yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.
1010 890 770 650 530 410 290 170 50 Buffalo HVS 80 g
Foto
Concord Gambar
Karton Duplex
Jenis Medium
Gambar 5
Grafik hubungan jenis medium dengan nilai gramatur
Dari Gambar 5 menunjukkan hubungan jenis kertas atau karton yang digunakan dengan nilai gramaturnya. Nilai gramatur dihitung menggunakan persamaan 7. Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat bahwa nilai gramatur dari kertas buffalo, HVS 80 g, foto, Concord, gambar dan karton duplex secara berturut-turut yaitu 152.222 g/m2, 85.556 g/m2, 235.556 g/m2, 231.111 g/m2, 151.111 g/m2, dan 1055.556 g/m2. Dari perhitungan nilai gramatur tersebut dapat dinyatakan bahwa medium yang mempunyai nilai gramatur paling tinggi yaitu
14 kertas HVS 80 g dan medium yang mempunyai nilai gramatur paling rendah yaitu karton duplex. Rapat Massa Rapat massa adalah massa lembaran karton dalam kilog dibagi dengan satuan volume karton dalam meter kubik, dihitung dari besarnya gramatur dibagi tebal karton, diukur pada kondisi standar (BSN 2008). Seperti halnya nilai gramatur kertas, nilai rapat massa juga berbeda untuk setiap jenisnya. Nilai rapat massa akan berkaitan erat dengan nilai gramatur dan ketebalan seperti yang telah dijelaskan pada pengukuran nilai gramatur. Berdasarkan perhitungan rapat massa yang dilakukan, maka nilai rapat masing-masing medium yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 6. Nilai rapat massa dihitung menggunakan persamaan 8. Berdasarkan Gambar 6 dapat dilihat bahwa nilai rapat massa dari kertas buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex secara berturut-turut yaitu 10.111 kg/m3, 10.267 kg/m3, 10.928 kg/m3, 8.832 kg/m3, 10.264 kg/m3, dan 7.561 kg/m3. Dari perhitungan nilai gramatur tersebut dapat dinyatakan bahwa medium yang mempunyai nilai rapat massa paling rendah yaitu karton duplex dan medium yang mempunyai nilai rapat massa paling tinggi yaitu foto. Secara teknis rapat massa mempunyai hubungan erat dengan daya ikatan antar seratnya (Casey 1961 dalam Nurminah 2002). Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi nilai rapat massa maka semakin besar daya ikatan antar seratnya. Dan sebaliknya, semakin rendah nilai rapat massa, maka semakin kecil juga daya ikatan antar seratnya.
Rapat massa (kg/m3)
12 10 8 6 4 2 0 Buffalo HVS 80 g
Foto
Concord Gambar
Karton Duplex
Jenis medium
Gambar 6 Grafik hubungan jenis medium dengan nilai rapat massa
15 Karakterisasi Zat Cair Densitas Densitas merupakan hasil pengukuran massa setiap satuan volume benda atau zat. Nilai densitas suatu fluida tertentu tidak akan sama pada semua suhu. Adanya perubahan suhu akan mempengaruhi densitas fluida. Nilai densitas suatu jenis fluida berbeda dengan fluida yang lain. Semakin tinggi densitas suatu benda atau zat maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Uji densitas hanya dilakukan pada zat cair viskositas tinggi yaitu minyak goreng, oli A dan oli B. Hal ini dikarenakan tingkat volatilitas tinta yang sangat tinggi sehingga tidak dapat dilakukan uji densitas tersebut. Hubungan antara perubahan densitas dan suhu pada minyak goreng, oli A dan oli B tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.
0.920
0.880
Minyak Goreng Oli A
0.860
Oli B
Densitas (g/mL)
0.900
0.840 0.820 0.800 0.780 10
15
20
25
30
35 40 Suhu °C
45
50
55
Gambar 7 Grafik hubungan antara densitas dan suhu pada minyak goreng, oli A dan oli B
Berdasarkan Gambar 7 dapat dilihat bahwa pengukuran densitas zat cair pada suhu 25°C, 40°C, dan 50°C berbeda. Setiap zat cair menunjukkan kecenderungan penurunan nilai densitas terhadap penurunan suhu. Pada suhu 25°C untuk minyak goreng, oli A dan Oli B mempunyai nilai densitas sebesar 0.910 g/mL, 0.818 g/mL dan 0.804 g/mL. Pada suhu 40°C nilai densitas minyak goreng, oli A dan oli B yaitu 0.907 g/mL, 0.817 g/mL dan 0.803 g/mL, sedangkan nilai densitas pada suhu 50°C untuk minyak goreng, oli A dan oli B yaitu 0.906 g/mL, 0.810 g/mL, 0.802 g/mL. Nilai densitas paling tinggi dari minyak goreng, oli A dan oli B terjadi pada suhu 25°C dan nilai densitas paling rendah terjadi pada suhu 50°C. Berdasarkan Gambar 7, maka dapat diperoleh nilai laju penurunan densitas minyak goreng, oli A dan oli B secara berturutan yaitu 0.0002 g/mL per jam, 0.0003 g/mL per jam dan 0.0001 g/mL per jam. Hal ini menunjukkan bahwa nilai densitas dari suatu zat cair akan dipengaruhi oleh suhunya. Semakin tinggi suhu fluida maka akan semakin tinggi pula nilai densitasnya. Sebaliknya, semakin rendah suhu fluida maka semakin rendah juga nilai densitasnya.
16 Beberapa minyak nabati yang telah diteliti menunjukkan kecenderungan penurunan densitas secara linier terhadap peningkatan suhu. Penurunan densitas disebabkan telah terjadinya peningkatan volume CPO dengan massa konstan pada suhu yang tinggi (Noureddini et al 1992 dalam Permatasari 2011). Adanya peningkatan volume ini disebabkan oleh pecahnya molekul-molekul minyak akibat pengaruh suhu yang tinggi sehingga molekul-molekul menempati volume yang lebih besar dibandingkan saat suhu rendah (Cuah et al. 2008 dalam Permatasari 2011). Hal demikian juga berlaku pada zat cair jenis oli Adan oli B. Peristiwa peningkatan suhu yang mengakibatkan pecahnya molekulmolekul di dalam suatu zat cair inilah yang mengakibatkan adanya penurunan densitas pada kondisi suhu tinggi untuk minyak goreng, oli A dan oli B. Dengan adanya penambahan volume suatu zat cair pada suhu tinggi ini akan meningkatkan daya serapnya pada suatu medium dibandingkan dengan perlakuan pada suhu rendah. Sehingga daya serap zat cair pada suatu medium dalam kondisi suhu tinggi akan lebih besar daripada daya serap zat cair pada suatu medium dalam kondisi suhu rendah. Viskositas Viskositas merupakan resistensi atau ketidakmauan bahan mengalir apabila dikenai gaya (mengalami penegangan) atau gesekan internal dalam cairan dan merupakan suatu ukuran terhadap kecepatan aliran. Semakin lambat aliran berarti viskositasnya tinggi, dan sebaliknya semakin cepat aliran berarti viskositasnya makin rendah (Kanoni 1999). Uji viskositas juga hanya dilakukan pada zat cair viskositas tinggi yaitu minyak goreng, oli A dan oli B. Hal ini dikarenakan tingkat volatilitas tinta yang tinggi sehingga tidak dapat dilakukan uji viskositas. Tingkat viskositas zat cair yang digunakan mempengaruhi daya serapnya terhadap suatu medium yang dilewati. Medium yang dilalui oleh zat cair berupa minyak goreng dan oli tersebut yaitu kertas. Perbedaan tingkat viskositas antara minyak goreng dan oli akan berpengaruh pada perbedaan panjang serapan masing-masing zat cair tersebut pada kertas. Secara visual, viskositas antara minyak goreng, oli A dan oli B sangat berbeda. Minyak goreng mempunyai tingkat viskositas yang lebih rendah dibandingkan dengan oli A dan oli B, sedangkan Oli A dan oli B mempunyai tingkat viskositas yang hampir sama. Namun kedua jenis oli tersebut tetap mempunyai nilai viskositas yang berbeda. Perbedaan tingkat viskositas antara oli A dan oli B dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perbedaan viskositas minyak goreng, oli A dan oli B Jenis zat cair Minyak goreng Oli A Oli B
Viskositas pada 40°C (cSt) 23.365 56.491 51.835
17 Berdasarkan Tabel 1 dengan pengukuran nilai viskositas minyak goreng pada suhu 40°C telah terjadi penurunan viskositasnya. Viskositas suatu cairan akan menurun jika terjadi kenaikan suhu, dan sebaliknya. Viskositas akan meningkat jika terjadi penurunan suhu. Kondisi tersebut juga terjadi pada zar cair lain yaitu oli. Semakin kental pelumas maka akan semakin berat bobotnya. Oli cenderung menjadi encer dan mudah mengalir ketika panas, dan menjadi kental dan tidak mudah mengalir ketika dingin. Tetapi masing-masing kecenderungan tersebut tidak sama untuk semua oli. Kekentalan atau berat oli dinyatakan oleh angka yang disebut indeks kekentalan. Jika indeksnya rendah berarti oli tersebut encer. Sebaliknya, jika indeksnya tinggi berarti olinya kental (Soedarmo 2008). Peristiwa perubahan viskositas dapat dijelaskan dengan teori termodinamika yang menyatakan bahwa semakin tinggi suhu suatu fluida, molekul fluida akan bergerak cepat sehingga secara makro akan meningkatkan tekanan. Jika tidak terdapat batas pada materi tersebut maka materi akan mengembang dan memperlebar jarak antar molekulnya. Jarak antar molekul yang lebar akan mengakibatkan viskositas semakin menurun. Tabel 1 menunjukkan bahwa viskositas pada suhu 40°C minyak goreng lebih rendah dibandingkan dengan oli A, dan viskositas oli B lebih rendah dibandingkan dengan oli A. Viskositas paling rendah yaitu minyak goreng dan tingkat viskositas paling tinggi yaitu oli A. Semakin tinggi nilai viskositas cairan, maka akan semakin baik pula dalam penggunaan cairan sebagai indikator dalam pembuatan label cerdas. Hal ini dikarenakan label cerdas akan diaplikasikan di dalam lemari es pada suhu lebih rendah ±5°C, maka dari itu dibutuhkan zat cair yang lebih kental agar memiliki daya serap yang lebih rendah. Semakin kental zat cair yang digunakan maka akan semakin rendah juga daya resapnya pada suatu medium. Sehingga ukuran kertas atau karton yang digunakan sebagai medium akan semakin pendek dan memudahkan aplikasi label cerdas pada lemari es karena lebih praktis dan menghemat ruang penyimpanan. Pemilihan Kesesuaian Jenis Cairan dan Kertas Label cerdas yang dihasilkan akan digunakan untuk mengetahui umur simpan produk selama 4 hari penyimpanan. Label cerdas akan diaplikasikan untuk produk yang disimpan dalam lemari es. Dalam kurun waktu tersebut, zat cair dalam label harus mampu meresap pada medium untuk mencatat masa penyimpanan produk. Sebelum diketahui jenis medium dan zat cair yang sesuai, maka terlebih dahulu dilakukan pemilihan kesesuaian jenis cairan dan kertas. Zat cair yang digunakan sebagai indikator dibedakan berdasarkan viskositas menjadi dua jenis yaitu viskositas rendah dan viskositas tinggi. Zat cair viskositas tinggi meliputi minyak goreng, oli A dan oli B, sedangkan zat cair dengan viskositas rendah meliputi tinta tato permanen, tinta tato non permanen, tinta spidol boardmarker, tinta bak, dan tinta stempel. Medium peresapan yang digunakan dalam pembuatan label cerdas yaitu kertas. Medium yang digunakan juga memanfaatkan 5 jenis medium dan 1 jenis karton yang ada di pasaran yaitu buffalo, HVS 80 g, foto, concord, buku gambar dan karton duplex. Penelitian yang menggunakan tinta sebagai indikator menunjukkan hasil yang tidak sesuai antara jenis zat cair dan medium yang digunakan. Tinta yang
18 diteteskan pada medium hanya mampu meresap pada jam ke-1. Setelah itu tinta mengering dan tidak dapat meresap lagi. Padahal pengamatan panjang peresapan tinta harus dilakukan sebanyak 4 kali selama 4 hari penyimpanan pada jam ke-24, 48, 72 dan 96. Hal ini disebabkan tinta yang ada di pasaran umumnya mempunyai tingkat volatilitas yang cukup tinggi dan viskositas rendah sehingga tinta yang diteteskan pada medium akan lebih cepat mengering. Peresapan panjang tinta pada medium jam ke-0 sampai jam ke-1 dapat dilihat pada Lampiran 1. Secara umum, susunan komponen tinta terdiri atas tiga kelompok, yaitu bahan perwarna/pigmen, zat pengikat/varnish/vehicle, dan zat aditif/ bahan penolong/zat tambahan (additional agent). Komponen bahan pewarna mempunyai beberapa fungsi diantaranya untuk memberikan warna pada tinta, membentuk bodi pada tinta dan memberikan lapisan warna pada permukaan hasil cetakan. Pada komponen zat pengikat/varnish/vehicle atau sering disebut juga varnish merupakan medium untuk mengikat bahan pewarna dan bahan penolong sehingga keduanya dapat tercampur dengan baik. Vehicle/varnish terdiri dari pelarut (solvent), resin, dan minyak pengerin. Sedangkan zat aditif/ bahan penolong/zat tambahan (additional agent) merupakan bahan-bahan yang ditambahkan ke dalam tinta selain bahan pokok tinta (pigmen dan varnish) (Adhi dan Susanto 2013). Fungsi bahan penolong (additive agents) adalah untuk mendapatkan sifatsifat tertentu pada tinta, baik sifat kimia (mengatur proses pengeringan tinta) maupun sifat fisika tinta (sifat alir tinta, ketahanan gosok tinta dan sebagainya). Yang termasuk bahan-bahan penolong (additive agent) antara lain bahan pengisi (filler), bahan pengering (drier), bahan anti-kering, lilin (wax/compound), bahan pengencer (reducer), bahan pelemas (plasticizer) dan bahan pendispersi (Adhi dan Susanto 2013). Pada dasarnya tinta yang diproduksi di pasaran dikhususkan untuk menghasilkan tulisan atau gambar yang dibuat sedemikian rupa untuk segera digunakan. Sehingga tinta tidak cocok digunakan sebagai zat cair pada pembuatan label cerdas. Penelitian yang menggunakan zat cair dengan viskositas tinggi menunjukkan hasil yang sesuai dengan prinsip pemanfaatan difusi zat cair pada medium untuk mencatat umur simpan selama 4 hari penyimpanan. Tingkat viskositas dari setiap zat cair akan mempengaruhi daya serapnya pada kertas. Cepat aliran yang dipengaruhi oleh viskositas tersebut menunjukkan kemampuan panjang serapan minyak goreng, oli A dan oli B pada medium yang digunakan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, rata-rata panjang peresapan minyak goreng, oli A dan oli B pada setiap medium yang digunakan dari jam ke-24 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) dapat dilihat pada Gambar 8, Gambar 9 dan Gambar 10. Dari panjang peresapan minyak goreng, oli A dan oli B pada Gambar 8, Gambar 9, dan Gambar 10, menunjukkan bahwa nilai panjang peresapan yang berbeda-beda. Pada indikator minyak goreng, medium dengan nilai panjang serapan paling besar yaitu kertas concord dan medium dengan panjang serapan paling kecil yaitu kertas buffalo. Pada indikator oli A dan oli B menunjukkan hasil yang sama untuk jenis medium dengan panjang serapan paling besar yaitu kertas concord, sedangkan jenis medium dengan panjang serapan paling kecil yaitu kertas foto. Nilai panjang serapan dari setiap jenis medium pada indikatornya minyak goreng, oli A dan oli B penyimpanan jam ke-24 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) dapat dilihat pada Lampiran 2.
19
Panjang serapan (cm)
25 HVS 80 gr 20
Foto Concord
15
Gambar Karton Duplex
10
Buffalo 5 0 0
24
48
72
96
Jam ke
Gambar 8 Grafik hubungan panjang serapan minyak goreng pada medium
Panjang serapan (cm)
20 Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
15 10 5 0 0
24
48 Jam ke
72
96
Gambar 9 Grafik hubungan panjang serapan oli A pada medium
Panjang Serapan (cm)
20 Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
15 10 5 0 0
24
48 Jam ke
72
96
Gambar 10 Grafik hubungan panjang serapan oli B pada medium
20 Berdasarkan Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8 dapat dipilih tiga jenis medium dan indikator paling baik yang dapat digunakan untuk membuat label cerdas pencatat umur simpan produk. Tiga jenis medium yang dipilih yaitu kertas buffalo, foto dan gambar dengan indikator berupa oli. Hal ini dilakukan dengan mempertimbangkan panjang label yang akan dibuat. Minyak goreng yang digunakan sebagai indikator memiliki daya serap yang lebih tinggi dibandingkan oli. Panjang peresapan pada semua medium yang digunakan mencapai lebih dari 15 cm. Label yang dibuat dengan panjang lebih dari 15 cm akan menyulitkan aplikasi label. Dengan panjang label tersebut, maka tempat penyimpanan yang disediakan pun harus cukup. Berdasarkan Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8 maka laju serapan dan nilai R2 zat cair pada medium (cm/jam) dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Laju serapan dan R2 zat cair pada kertas Jenis Zat Cair
Minyak Goreng
Oli A
Oli B
Jenis Kertas Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
Laju Serapan (cm/jam) 0.0573 0.1133 0.0840 0.1560 0.1079 0.1330 0.0680 0.0730 0.0517 0.1035 0.0579 0.0766 0.0678 0.0783 0.0479 0.1098 0.0566 0.0788
R2 0.9890 0.9889 0.9853 0.9986 0.9868 0.9930 0.9935 0.9862 0.9897 0.9867 0.9896 0.9917 0.9895 0.9733 0.9910 0.9841 0.9832 0.9909
Aplikasi pada produk di dalam lemari es, tidak memungkinkan menggunakan label yang memiliki dimensi panjang melebihi 15 cm. Hal ini dikarenakan tempatnya yang tidak cukup luas dengan berbagai produk di dalamnya yang cukup banyak, sehingga dipilih jenis medium dan indikator terbaik tersebut yaitu buffalo, foto dan gambar dengan indikator oli yang nilai rata-rata panjang peresapannya tidak lebih dari 10 cm. Panjang zat cair pada medium yang dilakukan saat penelitian menggunakan minyak goreng dan oli dapat dilihat pada Gambar 11 dan Gambar 12 dengan urutan dari kiri ke kanan medium buffalo, HVS 80 gr, foto, concord, gambar dan karton duplex, sedangkan
21 untuk perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B secara lebih rinci dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 11 Indikator minyak goreng
Gambar 12 Indikator oli
Tetapan Laju Serapan dan Energi Aktivasi Energi aktivasi antara setiap medium dan zat cair dapat diketahui dari nilai slope plot nilai panjang peresapan yang dilakukan pada kondisi suhu yang berbeda. Suhu yang digunakan untuk pengujian yaitu suhu ruang (30.15°C) dan suhu lemari es (5°C). Pada saat dilakukan pengujian pada jam ke-24, indikator oli dapat meresap dengan panjang tertentu pada medium, sedangkan minyak goreng tidak dapat meresap pada medium. Hal ini dikarenakan minyak goreng tersebut telah membeku. Minyak goreng memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan oli. Sehingga untuk menentukan nilai aktivasi minyak goreng dilakukan pada suhu yang lebih tinggi agar tidak berada dibawah titik bekunya. Indikator minyak goreng diuji pada kondisi suhu yang lebih tinggi yaitu 50°C menggunakan inkubator. Pada suhu 50°C tersebut minyak goreng mampu meresap pada medium kertas. Pengamatan panjang peresapan pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B tersebut dilakukan sama seperti pada suhu ruang selama 96 jam penyimpanan. Berdasarkan hasil penelitian pengamatan panjang peresapan, hubungan panjang peresapan terhadap waktu pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B pada setiap jenis medium pada suhu 30.15°C dapat dilihat pada Gambar 13, Gambar 14 dan Gambar 15.
ln [L˷ /(L˷ - Lᵼ)]
22 2.25 1.95 1.65 1.35 1.05 0.75 0.45 0.15 -0.15 0 -0.45
ln [L/(L˷ - Lᵼ)]
Gambar 13
2.4 2.1 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0 -0.3 0 -0.6
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
24
48
72
96
t (jam)
Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng pada 30.15°C
Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
24
48
72
96
t (jam)
ln [L/(L˷ - Lᵼ)]
Gambar 14 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli A pada 30.15°C
2.4 2.1 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0 -0.3 0 -0.6
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton duplex
24
48
72
96
t (jam)
Gambar 15 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli B pada 30.15°C
23 Berdasarkan Gambar 13, Gambar 14 dan Gambar 15 dapat diketahui bahwa pada setiap jenis medium (buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar, dan karton duplex) terhadap setiap jenis indikator (minyak goreng, oli A dan oli B) mempunyai nilai konstanta laju masing-masing yang tidak sama antara satu sama lainnya. Perbedaan nilai konstanta laju yang berbeda disebabkan adanya perbedaan perubahan panjang terhadap waktu selama penyimpanan pada kondisi suhu ruang. Nilai konstanta laju dapat diperoleh dari nilai slope regresi linier dari plot ln (L - L ) dengan t pada setiap jenis medium terhadap setiap jenis indikator. Hubungan antara panjang dan waktu berbanding lurus dimana semakin lama waktu penyimpanan maka semakin panjang pula daya serap minyak goreng, oli A dan oli B pada setiap jenis medium tersebut. Nilai konstanta untuk indikator minyak goreng berada pada selang 0.0214 – 0.0241, indikator oli A pada selang 0.0229 – 0.0245, sedangkan untuk indikator oli B berada pada selang 0.0236 – 0.0251. Nilai konstanta laju resapan dari indikator minyak goreng, oli A dan oli B terhadap tiap jenis medium pada suhu 30.15°C secara lebih rinci dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B pada suhu 30.15°C Jenis Kertas
Minyak Goreng Buffalo 0.0241 HVS 80 gr 0.0239 Foto 0.0240 Concord 0.0214 Gambar 0.0242 Karton Duplex 0.0241
Konstanta Laju Oli A 0.0233 0.0236 0.0245 0.0242 0.0238 0.0229
Oli B 0.0236 0.0243 0.0242 0.0241 0.0251 0.0240
Perbedaan panjang peresapan tidak hanya terjadi pada kondisi suhu ruang (30.15°C) saja. Perubahan daya serap setiap zat cair pada medium juga terjadi pada penyimpanan kondisi suhu 50°C untuk indikator minyak goreng dan 5°C untuk indikator oli A dan oli B. Hubungan panjang peresapan terhadap waktu pada indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C). Pada pengujian selama 96 jam untuk masing-masing indikator menunjukkan bahwa setiap perubahan 24 terjadi pertambahan panjang tertentu. Namun minyak goreng dan oli menunjukkan hasil yang sangat berbeda. Indikator minyak goreng mengalami pertambahan panjang peresapan pada penyimpanan kondisi suhu 50°C lebih besar dibandingkan dengan penyimpanan pada suhu 30.15°C. Indikator oli mengalami perbedaan panjang dengan indikator minyak goreng. Kedua indikator oli yang disimpan pada suhu 5°C tetap mengalami peresapan selama 96 jam penyimpanan, namun panjang peresapannya berkurang jika dibandingkan dengan penyimpanan pada suhu 30.15°C. Hal ini disebabkan adanya perbedaan temperatur yang mempengaruhi densitas dan viskositas dari setiap zat cair tersebut. Perubahan panjang peresapan minyak goreng, oli A dan
24 oli B dapat dilihat pada Lampiran 4. Hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng (50°C), indikator oli A (5°C), dan indikator oli B (5°C) dapat dilihat pada Gambar 16, Gambar 17 dan Gambar 18. Tingkat densitas dan viskositas dari suatu cairan sangat dipengaruhi oleh suhu cairan. Densitas zat cair akan berkurang nilainya secara linier jika terjadi kenaikan suhu. Densitas pada suhu tinggi lebih besar dibandingkan dengan densitas pada suhu rendah. Hal ini disebabkan oleh pecahnya molekul-molekul pada minyak akibat suhu yang tinggi. Molekul minyak yang pecah tersebut akan menempati volume yang lebih besar. Adanya penambahan molekul yang menempati volume minyak mengakibatkan kemampuan daya serap minyak goreng menjadi lebih besar. Selain itu suhu yang tinggi juga akan menurunkan indeks kekentalan dari cairan. Dengan semakin rendah viskositas minyak goreng, maka akan semakin besar kemampuan alirnya pada medium tersebut. Sehingga indikator minyak goreng mempunyai panjang peresapan yang lebih besar dibandingkan dengan indikator oli.
1.65
Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
ln [L/(L˷ - Lᵼ)]
1.35 1.05 0.75 0.45 0.15 -0.15 0
24
48
72
96
-0.45 t (jam)
Gambar 16 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator minyak goreng pada 50°C
2.5
Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
ln [L/(L˷ - Lᵼ)]
2 1.5 1 0.5 0 0
24
48
72
96
-0.5 t (jam)
Gambar 17 Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli A pada 5°C
25 2.5
Buffalo HVS 80 gr Foto concord Gambar Karton Duplex
ln [L/(L˷ - Lᵼ)]
2 1.5 1 0.5 0 0
24
-0.5
48
72
96
t (jam)
Gambar 18
Grafik hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t indikator oli B pada 5°C
Berdasarkan Gambar 16, Gambar 17, dan Gambar 18 menunjukkan bahwa nilai slope dari plot hubungan antara ln [L/(L - L )] dengan t setiap indikator tidak terlalu besar sama seperti pada kondisi penyimpanan indikator pada suhu ruang. Namun nilai lope setiap indikator terhadap masing-masing jenis medium tetap berbeda. Nilai slope tersebut yang akan digunakan untuk menentukan konstanta laju peresapan. Nilai konstanta untuk indikator minyak goreng berada pada selang 0.0159 – 0.0178, indikator oli A pada selang 0.0220 – 0.0250, sedangkan untuk indikator oli B berada pada selang 0.0227 – 0.0259. Nilai konstanta laju resapan dari indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C) terhadap tiap jenis medium secara lebih rinci dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Nilai konstanta laju resapan pada indikator minyak goreng (50°C), oli A (5°C) dan oli B (5°C) Jenis Kertas Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
Minyak Goreng (50°C) 0.0178 0.0161 0.0171 0.0164 0.0159 0.0167
Jenis Indikator Oli A (5°C) Oli B (5°C) 0.0250 0.0223 0.0229 0.0230 0.0227 0.0220
0.0240 0.0259 0.0255 0.0232 0.0227 0.0248
Indikator oli mengalami perbedaan panjang peresapan dibandingkan indikator minyak goreng. Pada suhu 5°C indikator oli mengalami penurunan panjang peresapan. Penyimpanan oli pada suhu yang rendah mempunyai nilai viskositas yang lebih besar dibandingkan minyak goreng pada suhu 50°C. Hal ini disebabkan oleh kecenderungan peningkatan viskositas zat cair akibat adanya penurunan suhu. Oli yang disimpan pada suhu rendah tersebut menjadi semakin
26 kental. Oli yang semakin kental akan berpengaruh pula pada kenaikan berat jenisnya. Oli yang memiliki viskositas tinggi akan sulit mengalir dibandingkan dengan oli dengan viskositas rendah. Viskositas yang tinggi dipengaruhi adanya penyusutan materi dan mempersempit jarak antar molekulnya. Jarak antar molekul yang lebih sempit tersebut akan meningkatkan viskositas oli dan kemampuan laju alirnya akan menurun juga. Sehingga indikator oli yang disimpan pada suhu rendah akan mempunyai panjang peresapan yang lebih rendah dibandingakan dengan minyak goreng. Panjang sesuai dengan pembuatan label cerdas. Hal ini dikarenakan ketersediaan tempat penyimpanan dalam lemari es yang tidak terlalu besar membuat label cerdas yang diaplikasikan menjadi lebih fleksibel dan praktis. Nilai konstanta laju dari perbedaan suhu masing-masing indikator yang sudah diketahui tersebut digunakan untuk perhitungan nilai energi aktivasi selanjutnya. Energi aktivasi dapat dihitung dengan menggunakan nilai slope dari nilai ln k dengan 1/T. Suhu yang digunakan merupakan suhu mutlak dengan satuan Kelvin. Hubungan nilai ln k terhadap 1/T dapat dilihat pada Gambar 19, Gambar 20, dan Gambar 21.
-4.28
Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
ln k
-4.13 -3.98 -3.83 -3.68 3.00
3.10
3.20
3.30
3.40
3.50
1/T/ 10^-3
Gambar 19 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator minyak goreng
-3.84
Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
ln k
-3.80 -3.76 -3.72 -3.68 3.00
3.10
3.20
3.30
3.40
3.50
3.60
1/T/10^-3
Gambar 20 Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator oli A
27 -3.80
Buffalo HVS 80 gr Foto Concord Gambar Karton Duplex
ln k
-3.76 -3.72 -3.68 -3.64 3.10
Gambar 21
3.20
3.30
3.40 3.50 1/T/10^-3
3.60
Grafik hubungan antara ln k dengan 1/T indikator oli B
Berdasarkan Gambar 19, Gambar 20, dan Gambar 21 grafik hubungan ln k dengan 1/T menunjukkan adanya perbedaan slope atau kemiringan kurva antara indikator minyak goreng, oli A dan oli B. Indikator minyak goreng pada semua jenis medium menunjukkan nilai slope yang negatif. Pada indikator oli A, slope pada grafik secara garis besar bernilai positif kecuali pada kertas buffalo, sedangkan pada indikator oli B nilai slope nya cukup bervariasi. Kertas concord dan kertas gambar mempunyai slope yang bernilai positif sedangkan kertas lain seperti buffalo, foto, HVS 80 g, dan karton duplex mempunyai slope yang bernilai negatif. Nilai energi aktivasi (Ea) setiap indikator terhadap masing-masing medium dapat dilihat pada Tabel 5 dan Nilai energi aktivasi, slope dan intersep setiap indikator terhadap masing-masing jenis medium secara lebih rinci dapat dilihat pada Lampiran 4. Tabel 5 menunjukkan bahwa energi aktivasi dari indikator minyak goreng, oli A dan oli B berbeda. Indikator minyak goreng pada semua jenis medium mempunyai energi aktivasi yang negatif. Energi aktivasi minyak goreng terletak pada selang -132002.936 J/mol sampai -182986.608 J/mol. Indikator oli A mempunyai energi aktivasi -1961.938 J/mol sampai 1881.541 J/mol, sedangkan indikator oli B mempunyai energi aktivasi sebesar -1776.536 J/mol sampai 1279.275 J/mol. Energi aktivasi merupakan energi minimum yang digunakan untuk melakukan reaksi. Dalam hal ini energi aktivasi merupakan energi minimum setiap indikator untuk dapat meresap pada medium selama 96 jam penyimpanan. Energi aktivasi bisa bernilai positif maupun negatif tergantung dari kondisi suhu. Energi aktivasi pada semua jenis medium (buffalo, HVS 80 g, foto, concord, gambar dan karton duplex) dengan indikator minyak goreng bernilai negatif. Indikator oli A benilai positif pada semua jenis medium kecuali kertas buffalo. Sedangkan oli B bernilai positif pada kertas gambar dan concord dan bernilai negatif pada kertas buffalo, foto, HVS 80 g dan karton duplex.
28 Tabel 5 Nilai energi aktivasi (Ea) Jenis Zat Cair
Minyak Goreng
Oli A
Oli B
Jenis Kertas Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
Ea (J/mol) -132002.936 -172106.323 -147669.839 -115929.788 -182986.608 -159795.352 -1961.938 1578.496 1881.541 1416.872 1318.351 1116.986 -468.236 -1776.536 -1457.777 1060.284 1279.275 -913.542
Energi aktivasi bernilai positif jika pada indikator membutuhkan energi minimum untuk melakukan peresapan pada kertas, sedangkan bernilai negatif jika selama penyimpanan indikator tidak membutuhkan energi melainkan melepas energi. Energi aktivasi yang bernilai negatif juga dapat dikatakan sebagai energi termal yang tersedia melebihi energi rintangan yang diperlukan (Borah dan Mahiuddin 2008), sehingga terjadi pelepasan energi. Energi aktivasi pada dasarnya dapat dianggap sebagai penghalang potensial (hambatan energi) yang memisahkan energi potensial zat cair pada kertas. Energi aktivasi dapat menurun jika terjadi kenaikan suhu. Hal ini dikarenakan peningkatan suhu dapat memperlebar jarak antar molekul dalam zat cair yang mengakibatkan adanya penurunan kemungkinan tumbukan antar molekul satu sama lain. Peristiwa penyimpanan pada suhu tinggi tersebut yang menyebabkan indikator minyak mempunyai nilai negatif pada semua jenis kertas. Oli A dan oli B juga mempunyai energi aktivasi yang bernilai negatif, tetapi tidak pada semua jenis kertas. Energi aktivasi negatif biasanya terjadi pada kondisi suhu tinggi seperti penyimpanan minyak goreng. Oli A dan oli B disimpan pada suhu yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan minyak goreng yaitu suhu 5°C. Adanya penurunan energi aktivasi hingga bernilai negatif tersebut bisa terjadi karena ketidaksesuaian antara indikator dengan sifat karakteristik medium. Medium yang digunakan mempunyai sifat karakteristik yang berbeda dapat dilihat dari gramatur dan rapat massanya. Gramatur, ketebalan dan rapat massa saling berhubungan. Rapat massa akan menentukan daya ikat seratnya dimana semakin tinggi rapat massa maka akan
29 semakin tinggi pula daya ikat antar seratnya, dan sebaliknya. Daya ikat antar serat tersebut dapat menentukan kemampuan kertas atau karton dalam mengalirkan suatu zat cair. Semakin tinggi daya ikat antar serat dapat membuat jarak antar partikel semakin kecil dan laju peresapan zat cair pada medium tersebut semakin rendah. Dan sebaliknya, Semakin rendah daya ikat antar serat dapat membuat jarak antar partikel semakin besar dan laju peresapan zat cair pada medium tersebut semakin tinggi. Hubungan energi aktivasi dengan laju peresapan berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju peresapannya semakin lambat. Hal ini dikarenakan energi minimum yang dibutuhkan indikator untuk meresap pada medium semakin besar. Pada pembuatan label cerdas ditentukan jenis medium dengan indikator yang mempunyai energi aktivasi yang tinggi agar indikator tersebut mempunyai laju peresapan yang rendah. Laju peresapan yang rendah akan membuat label cerdas yang dibuat lebih praktis dan tidak membutuhkan tempat penyimpanan yang luas. Berdasarkan kondisi tersebut maka indikator yang paling baik untuk pembuatan label cerdas adalah oli A. Jenis medium yang baik digunakan dapat dilihat dari energi aktivasi paling tinggi. Urutan nilai energi aktivasi pada medium dari yang rendah sampai yang tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto. Pemilihan oli yang termasuk kategori non pangan sebagai indikator dalam pembuatan label cerdas ini tidak akan berbahaya untuk produk makanan yang disimpan terutama bagi kesehatan konsumen. Hal ini dikarenakan pada saat aplikasi nanti indikator tersebut tidak akan kontak langsung dengan produk, melainkan sebagai indikator pencatat yang akan terlindung di bagian tengah bersama medium dengan bagian atas dan bawah akan dilapisi oleh layer dengan bahan tertentu. Sehingga oli tidak akan mengkontaminasi produk makanan yang disimpan di dalam lemari es. Prototype dari aplikasi label cerdas di dalam lemari es selama 4 hari penyimpanan dapat dilihat pada Lampiran 4. Pada penelitian ini telah dilakukan identifikasi indikator dari zat cair yang berbeda viskositas dengan pemilihan zat cair yang sesuai yaitu jenis zat cair viskositas tinggi. Selain itu dari kelima jenis kertas dan satu jenis karton yang digunakan dalam identifikasi medium, dapat ditentukan jenis medium mana yang sesuai untuk pembuatan laber cerdas berdasarkan panjang peresapan dan energi aktivasinya. Zat cair dengan viskositas tinggi tidak hanya dimiliki oleh minyak goreng dan oli. Ada beberapa jenis zat cair lain yang memiliki viskositas yang tinggi secara alami. Kertas atau karton yang diidentifikasi sebagai medium hanya sebagian jenis kertas atau karton yang diproduksi dan beredar di pasaran. Terdapat jenis kertas atau karton lain yang dapat diidentifikasi sebagai medium. Jenis zat cair dan kertas atau karton yang lain selain yang sudah diidentifikasi dalam penelitian ini dapat diuji juga untuk mencari kesesuaian antara jenis medium dan indikator yang menghasilkan daya resap paling pendek dan energi aktivasi paling kecil. Hal ini dikarenakan label cerdas dibuat berdasarkan panjang peresapan dan energi aktivasi paling kecil, agar label yang dibuat lebih praktis dan fleksibel.
30
PENUTUP Simpulan Gramatur kertas atau karton terendah sampai tertinggi yaitu kertas HVS 80g gambar, buffalo, concord, foto dan karton duplex. Sedangkan rapat massa kertas atau karton terendah sampai tertinggi yaitu karton duplex, concord, buffalo, gambar, HVS 80 g dan foto. Nilai densitas dan viskositas ketiga indikator berbeda. Densitas dan viskositas dipengaruhi oleh suhu. Adaya peningkatan suhu menyebabkan nilai densitas dan viskositas menurun, begitu pula sebaliknya. Densitas tertinggi dan terendah ketiga indikator yaitu pada suhu 25°C dan 50°C, sedangkan viskositas tertinggi sampai terendah ketiga indikator viskositas tinggi pada suhu 40°C yaitu Oli A, oli B dan minyak goreng. Suhu sangat berpengaruh pada daya resap indikator pada medium. Semakin rendah suhu menyebabkan daya resap indikator semakin rendah pula, dan sebaliknya. Indikator dan medium yang sesuai dapat ditentukan dari nilai tetapan laju serapan dan energi aktivasi. Berdasarkan nilai energi aktivasi, maka jenis indikator yang paling sesuai yaitu oli A dengan nilai energi aktivasi paling tinggi dari indikator yang lain. Minyak goreng dan oli B mempunyai energi aktivasi negatif. Nilai negatif menunjukkan tidak ada penghalang yang menghambat aliran indikator pada medium sehingga daya serapnya tinggi dan tidak sesuai dengan label cerdas yang akan dibuat dengan indikator yang mempunyai daya resap rendah. Dengan demikian nilai energi aktivasi pada medium dari yang rendah sampai yang tinggi yaitu buffalo, karton duplex, gambar, concord, HVS 80 g dan foto. Saran Indikator minyak goreng tidak dapat digunakan untuk indikator label cerdas karena mempunyai titik beku yang lebih tinggi dibandingkan suhu penyimpanan lemari es. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai zat cair lain yang mempunyai viskositas lebih tinggi dari oli agar daya serapnya rendah. Selain itu juga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai jenis kertas atau karton lain yang dapat digunakan sebagai medium pembuatan label cerdas. Dengan adanya jenis kertas atau karton dan zat cair lain untuk pembuatan label cerdas, maka dapat diketahui jenis kertas atau karton dan zat cair yang paling sesuai untuk menghasilkan label cerdas dengan aplikasi penyimpanan yang lebih maksimal.
DAFTAR PUSTAKA [BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2006. Biodiesel. Jakarta : Standar Nasional Indonesia. [BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2008. Kertas dan Karton. Jakarta : Standar Nasional Indonesia.
31 Adhi A, Susanto SA.2013. Pengaruh Pemilihan Tinta Terhadap Kualitas Cetak Dalam Industri Percetakan Koran. Jurnal Dinamika Teknik. Vol. 7 (1): hlm 9-16. Adrimarsya. 2012. Difusi Dan Osmosis [Internet]. [diunduh 2014 Jan 12]. Tersedia pada : http://Adrimarsya.wordpress.com/2012/12/05/difusi-danosmosis/. Ahvenainen R. 2003. Active and Intelligent Packaging. Di dalam : Ahvenainen R, editor. Novel Food Packaging Techniques. Abington : Woodhead Publishing. hlm 5-21. Borah JM, Mahiuddin S. 2008. Adsorption and Surface Complexation of Trimesic Acid at the α-alumina–electrolyte Interface, Journal of Colloid and Interface Science, 322, pp. 6–12. Casey JP. 1961. Pulp and Paper, vol.II Second Ed. New York : International Publisher. Coe JS. 1971. Chemical Equilibrium. An Introduction, London : Methuen Educational. p. 1-7. Cuah TG, Ling HL, Chin NL, Choong TSY, Fakhru’l-Razi A. 2008. Effect temperatures on rheological behaviour of dragon fruit (hylocereus sp). J Food Eng 4(7): 1-30. Hasnedi, YW. 2009. Pengembangan Kemasan Cerdas (smart packaging) dengan Sensor Berbahan Dasar Chitosan-Asetat, Polivinil Alkohol, dan Pewarna Indikator Bromthymol Blue sebagai Pendeteksi Kebusukan Fillet Ikan Nila [skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor. Kanoni. 1999. Hand Out Pengetahuan Bahan (Viskositas). TPHP UGM. Yogyakarta.Utomo, J.S. dan S.S. Antarlina. 2002. Tepung Instant Ubi Jalar untuk Pembuatan Roti Tawar. Majalah Pangan No: 38/XI/Jan/2002. hlm: 2834. Lestari IA. 2013. Pembuatan Label Cerdas Pendeteksi Esherichia Coli [Skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor. McCabe WL, Smith JC, Harriot P. 1999.Unit Operasi Teknik Kimia, Edisi 4. Ir. E. Jasjfi, M.Sc, penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari Unit Operations of Chemical Engineering, Fourth Edition. Nasution ZA. 2010. Pembuatan Dan Karakterisasi Kertas Dari Limbah Jerami Padi Untuk Tatakan Gelas Cetak Tangan. Medan : Balai Riset dan Standarisasi Industri. Noureddini H, Teoh BC, Clements LD. 1992. Densities of vegetabel oils and fatty acids. J Am Oil Chem Soc 69(12): 1184-1188. Nugroho SR, Sunarno H. 2012. Identifikasi Fisis Viskositas Oli Mesin Kendaraan Bermotor terhadap Fungsi Suhu dengan Menggunakan Laser Helium Neon. Jurnal Sains dan Seni. hlm: 1-5 Nurminah M. 2002. Sifat Kemasan Plastik dan Kertas,Serta Pengaruh Terhadap Makanan. Fakultas Pertanian : Universitas Sumatra Utara Putri CDW. 2012. Kemasan Cerdas Indikator Warna Untuk Mendeteksi Kesegaran Buah Nanas Potong Selama Penyimpanan [Skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor. Ritchie M. 1966. Chemical Kinetics in Homogeneous System. Oliver & Boyd, London, p. 1-15.
32 Robertson G. 2006. Food Packaging Principles and Practices. Ed ke-2. Boca Raton, Fla: Taylor & Francis. Sinuhaji P. 2010. Interaksi Serat Limbah Industri Pulp Dengan Serat Nanas, Pisang Dan Rami Pada Pembuatan Karton [disertasi]. Medan : Universitas Sumatra Utara Smith EB. 1993. Basic Chemical Thermodynamic, Clarendon Press, Oxford, p. 36-62. Soedarmo H. 2008. Panduan Praktis Merawat & Memperbaiki Sepeda Motor. Jakarta : Gedium Pustaka Utama. Taoukis PS, Labuza TP. 1989. Applicability of time temperature indicators as shelf-life monitors of food products. Di dalam Joseph K, Paul B, editor. Journal of Food Science, 54, 783–788. Taoukis PS, Labuza TP. 2003. Time-temperature indicators (TTIs). Di dalam Ahvenainen R, editor. Novel Food Packaging Techniques (pp. 103–126). Cambridge UK: Woodhead Publishing. Vaitilingom G, Liennard A. 1997. Various Vegetables Oils as Fuel for diesel and Burners : J. cuercasi Particularities. Hlm.. 98-109 dalam G.M. Gubitz, M. Mittelbach dan M. Trabi (ed), Biofuels and Industry Product from Jatropha curcas, , Austria : Dbv – Verlag Fur die Technische Universitat Graz Wanihsuksombat C, Hongtrakul V, Suppakul P. 2010. Development and characterization of a prototype of lactic acid-based time-temperature indicator for monitoring food product quality. Journal of Food Engineering. p.427-434
33 Lampiran 1 Penjabaran kinetika orde satu hukum Fick dalam penentuan koefisien panjang peresapan
Persamaan kinetika orde satu : Persamaan 1 & 2
(
)
(
∫
(
(
) (
( (
(
)
(
) (
)
∫
)) )
(
) [(
]
)
Persamaan 4
Koefisien laju tetapan (k) peresapan dapat diperoleh dari slope pada grafik hubungan [( ] dengan waktu (t). )
Selanjutnya nilai k digunakan untuk menghitung energi aktivasi (Ea). Ea dapat diperoleh dari slope pada grafik hubungan ln k dengan 1/T.
1
0
Lampiran 2 Peresapan panjang tinta pada kertas jam ke-0 sampai jam ke-1 Jenis Tinta Jam Ke Boardmarker Stempel Bak Tato Permanen
Tato Non permanen
1
34
35 Lampiran 3 Nilai rataan panjang serapan setiap jenis kertas pada indikator minyak goreng, oli A dan oli B penyimpanan jam ke-0 sampai jam ke-96 pada suhu ruang (30.15°C) Jam Ke (cm) Jenis Jenis Indikator kertas 0 24 48 72 96 Buffalo 0 4.350 6.113 7.375 8.513 HVS 80 g 0 8.238 11.700 14.250 6.450 Foto 0 5.92 8.600 10.425 12.038 Minyak Goreng Coancoard 0 9.913 14.075 17.588 21.225 Gambar 0 7.725 11.025 13.550 15.513 Duplex 0 10.213 13.800 17.250 19.700 Buffalo 0 4.867 6.833 8.400 9.783 HVS 80 g 0 4.767 7.033 8.700 10.050 Foto 0 3.983 5.500 6.750 7.700 Oli A Coancoard 0 7.450 10.633 13.033 14.933 Gambar 0 4.083 5.817 7.167 8.267 Duplex 0 4.833 7.050 8.883 10.350
Oli B
Buffalo HVS 80 g Foto Coancoard Gambar Duplex
0 0 0 0 0 0
4.617 4.967 3.850 7.450 4.083 5.967
6.617 7.633 5.300 10.917 5.700 8.317
8.250 9.333 6.350 13.417 7.233 10.117
9.500 10.683 7.333 15.400 8.100 11.667
Minyak Goreng
72
48
24
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B Jenis Jam Jenis Kertas Indikator Ke Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
36
Oli A
48
24
96
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B (Lanjutan) Jenis Jam Jenis Kertas indikator Ke Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
37
Oli B
24
96
72
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B (Lanjutan) Jenis Jam Jenis Kertas indikator Ke Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
38
96
72
48
Lampiran 4 Perubahan panjang dari jam ke-24, 48, 72 dan 96 pada suhu ruang (30.15°C) dengan indikator minyak goreng, oli A dan oli B (Lanjutan) Jenis Jam Jenis Kertas indikator Ke Buffalo HVS 80 g Foto Concord Gambar Karton Duplex
39
40
Lampiran 5 Prototype aplikasi label cerdas di dalam lemari es selama 4 hari penyimpanan
41
RIWAYAT HIDUP Penulis bernama Riris Octaviasari lahir di Lamongan pada tanggal 13 Oktober 1992 sebagai anak pertama dari pasangan Sucipto dan Umiati. Penulis menempuh studi di SD Negeri Tunggun Jagir 1 pada tahun 1998-2004, SMP Negeri 1 Mantup pada tahun 2004-2007, SMA Negeri 1 Lamongan pada tahun 20072010 dan diterima sebagai mahasiswi Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada tahun 2010. Penulis mendapatkan beasiswa Bank Indonesia (BI) pada tahun 2013 dan pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknik Penyimpanan dan Penggudangan 2014. Penulis pernah melaksanakan Praktik Lapang pada bulan Juli – Agustus 2013 dengan judul “Mempelajari Aspek Teknologi Pengemasan, Penyimpanan dan Penggudangan Minyak Goreng” di PT. SMART Tbk, Surabaya-Jawa Timur. Penulis aktif menjadi anggota di Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (Himalogin) dan aktif sebagai anggota Forum Mahasiswa Lamongan (FORMALA) tahun 2010 – 2014. Penulis pernah mengikuti kepanitiaan Open House 48 Formala, SAPA III FORMALA 2011, Reds Cup Fateta 2012, Agroindustrial Fair 2012, Hari Warga Industri (Hagatri 2012), Lomba Ilmu Pengetahuan Tingkat Fateta (LOFE 2012) dan Fateta Art Contest (FAC 2012).
