III. METODOLOGI A. Tempat dan Waktu Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (bagian TPPHP), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, dan di Laboratorium Kekuatan Bahan, Departemen Teknonogi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan mulai dari 20 Agustus 2010 – 18 November 2010.
B. Alat dan bahan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah meja simulator dengan kompresor, Rheometer tipe CR-300DX untuk mengukur kekerasan buah, Hand Refraktometer untuk mengukur total padatan terlarut, timbangan metler PM-4800, Instron Universal Testing Mechine, Termometer, Termocouple, Pendingin bersuhu 8 0C dan 13 0C, komputer untuk mengoperasikan program, serta program Cube Master Professional Edition, kamera digital dan alat-alat lain yang menunjang terlaksananya penelitian ini. Bahan yang digunakan dalam perancangan kemasan untuk pengujian adalah buah manggis dengan indeks 2, diameter mayor 6-6.5 cm, dan berat 100-125 gram yang diperoleh dari sentra produksi manggis di wilayah Jawa Barat, serta bahan kemasan berupa karton gelombang tipe flute BC, flute C, dan flute B.
C. Posedur Penelitian 1. Perancangan Kemasan a. Perkiraan Kapasitas dan dimensi kemasan Kapasitas ditentukan berdasarkan kebiasaan eksportir dalam memasarkan buah manggis dan kebiasaan pedagang dari negara importir dalam memasarkan manggis ke konsumen. Dimensi kemasan ditentukan berdasarkan ukuran buah, jumlah layer, tipe kemasan, dan tebal bahan yang digunakan. b. Setelah dimensi kemasan ditentukan, kemudian dibuat prototype kemasan, yang dibuat dari dua jenis ketebalan flute yang berbeda sebagai perlakuan. Tipe box yang akan dibuat adalah tipe box RCS (Regular Slotted Container) yang memiliki kemasan dalam (inner). Akan di rancang 2 macam kapasitas kemasan untuk memperkaya hasil disain.
c. Prototype yang telah dibuat kemudian diuji kekuatan tekannya (comprestion strength) dengan tujuan untuk mengetahu gaya tekan maksimum masing-masing kemasan. Pengujian dilakukan pada kemasan luar (outer), inner kemasan, dan outer bersama inner-nya. Dimana untuk setiap prototype dilakukan pengujian sebanyak tiga kali ulangan menggunakan alat instron universal testing mechine. Hasil pengukuran berupa gaya kompresi yang digunakan untuk menghitung jumlah tumpukan maksimum. d. Selain itu dilakukan uji kekuatan tekan (comprestion strengh) pada suhu 8 0C dan 13 0C, hal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan kekuatan kotak karton selama transportasi jalur dingin. Pengukuran dilakukan hari pertama penyimpanan, lima hari penyimpanan, dan 10 hari penyimpanan. e. Selanjutnya dilakukan pengukuran perubahan suhu dalam kemasan menggunakan termokopel di sepanjang titik-titik diagonal kotak karton. Tahap akhir dari disain kemasan
yaitu pemilihan kemasan dari segi kekuatan tumpukan dan biaya yang optimum untuk jenis transportasi yang digunanakan. Tahapan penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 5. Perkiraan kapasitas kemasan
48 buah
Input : 1. Jumlah buah/kemasan 2. dimensi dan berat buah 3. jumlah layer inner 4. tebal dan karakteristik flute yang digunakan 5. Tipe kemasa
60 buah
Menentukan dimensi kemasan
Dimensi kemasan K48BC dan K60BC
Dimensi kemasan K48C dan K60C
Flute BC dan C untuk outer, flute B untuk inner
Pembuatan disain
Prototipe kemasan KP48C dan KP60BC
Prototipe kemasan KP48C dan KP60BC
Uji laboratorium Comprestion strengh (suhu ruang 280 C)
outer
inner
Outer+inner
Uji Comprestion strengh, dan sebaran suhu pada penyimpanan
Suhu 13o C
Suhu 8o C
Parameter pemilihan: jumlah tumpukan, jenis transportasi, Biaya.
Karakteristis dan sifat mekanis kemasan Pemilihan disain
Desain terpilih
Gambar 5. Diagram alir Perancangan kemasan
2. Aplikasi Kemasan a. Kemasan yang terpilih akan dilakukan uji verifikasi, dimana kemasan akan diisi dengan buah manggis dan diatur sedemikian rupa sehingga kemasan terisi penuh. b. Kemasan karton kemudian diatur di atas meja simulator, dan tiap kemasan disusun tiga tumpuk. c. Penggetaran dilakukan dengan waktu yang telah ditentukan yaitu selama 2 jam pada arah vertikal dengan frekuensi 3.4 Hz dan amplitudo 3.2 cm. Penggetaran dilakukan sebanyak 1 kali. d. Pasca simulasi transportasi dilakukan pengamatan kerusakan mekanis untuk mengetahui jumlah dan persentase buah manggis yang mengalami kerusakan akibat guncangan selama simulasi transportasi.
e. Setelah dilakukan sortasi, buah manggis disimpan pada masing-masing kemasan pada suhu ruang (28o C) selama 18 hari, kemudian dilakukan pengamatan setiap 2 hari terhadap buah manggis. Selain buah yang telah dilakukan simulasi transportasi, disimpan juga buah sebagai kontrol untuk pembanding apakah ada perubahan yang signifikan antara buah yang dikemas dengan buah yang tidak dikemas. Adapun data-data yang diambil selama pengamatan adalah kerusakan mekanis, kekerasan, total padatan terlarut, dan susut bobot. Tahap uji aplikasi kemasan dapat dilihat pada Gambar 6.
Kemasan KP48
Kemasan KP60
Pengisian dengan buah manggis Penyusunan di meja simulator dengan amplitudo 3.2 cm dan frekuensi 3.4 Hz selama 2 jam (setara 133.878 km jalan luar kota)
Sortasi dan kerusakan mekanis Penyimpanan pada suhu 28o C
mekanis Memar kulit, Pecah/retak kulit, retak kelopak
fisiologis Kekerasan, Uji total padatan terlarut, dan Susut bobot
Peforma kemasan
Gambar 6. Diagram alir tahap aplikasi kemasan
Buah kontrol
3. Optimasi Penyusunan Kemasan Optimasi penyusunan kemasan menggunakan program Cube Master Professional Edition, dimana pada program ini ada beberapa jenis optimasi berdasarkan alat transportasi yaitu optimasi pada penggunaan pallet, air cargo, sea cargo, truck, dan carton. Sedangkan input yang digunakan untuk menghitung optimasi adalah ukuran, berat kemasan, dan spesifikasi alat angkut, output yang dihasilkan berupa pola penyusunan, nilai efiseien volume, luasan, dan dimensi tumpukan kemasan. Pada penelitian ini input yang digunakan adalah dimensi kemasan hasil perancangan, dan jenis optimasi yang digunakan adalah optimasi penumpukan pada pallet. Ukuran pallet yang digunakan adalah pallet standar Asia dengan dimensi 1200x1000 mm.
D. Perhitungan, Pengamatan, dan Pengukuran 1. Dimensi dan Berat Buah Dimensi buah manggis diukur menggunakan penggaris dan jangka sorong, pengukuran dilakukan untuk mengetahui diameter minor, diameter mayor buah dan untuk mengetahui tinggi buah dari bawah sampai ujung tangkai. Berat buah diukur menggunakan timbangan metler PM-4800 (Gambar 7).
Gambar 7. Timbangan metler PM-4800
2. Penentuan Dimensi Kemasan Dimensi kemasan dihitung berdasarkan nilai dimensi buah dan ketebalan kemasan. Lebar dan panjang kemasan diperoleh dari penjumlahan seluruh diameter mayor buah manggis dengan tebal dinding vertikal kemasan yang terdapat pada sisi panjang dan lebar, baik dinding outer maupun inner. Sedangkan tinggi kemasan diperoleh dari penjumlahan tinggi manggis yang dikalikan jumlah tumpukan layer dengan tebal dinding horisontal kemasan, baik dinding outer maupun dinding inner kemasan pada sisi panjang. Sedangkan persentase luasan ventilasi dihitung berdasarkan luasan dinding vertikal kemasan. Formula untuk menghitungan dimensi outer kemasan: P = TDMBP + TDOV + TDVIP + TB ........................................................................(2) Dimana: P = Panjang kemasan TDMBP = Total diameter mayor buah pada sisi panjang TDOV = Total tebal dinding vertikal outer TDVIP = Total tebal dinding vertikal kemasan inner pada sisi panjang TB= Tebal tekukan L = TDMBL + TDOV + TDIVL + TB .......................................................................(3) Dimana: L = Lebar kemasan TDMBP = Total diameter mayor buah pada sisi lebar
TDOV = Total tebal dinding vertikal outer TDVIP = Total tebal dinding vertikal kemasan inner pada sisi lebar TB = Tebal tekukan T = TTB + TTAIP ......................................................................................................(4) Dimana: T = Tinggi kemasan TTBT = Total tinggi buah pada sisi tinggi TTAIP = Total tebal alas inner pada sisi tinggi Formula menghitungan dimensi inner kemasan: P = TDMBP + TDVIP ....................................................................................................(5) Dimana: P = Panjang kemasan TDMBP = Total diameter mayor buah pada sisi panjang TDVIP = Total tebal dinding vertikal kemasan inner pada sisi panjang L= TDMBL + TDOV + TDIVL ......................................................................................(6) Dimana: P = Lebar kemasan TDMBP = Total diameter mayor buah pada sisi lebar TDOV = Total tebal dinding vertikal inner Tinggi kemasan = tinggi buah .........................................................................................(7)
3. Kekuatan Tekan (Compresition Strength) Pengujian compresition strength menggunakan alat instron universal testing mechine dengan tujuan untuk mengetahui kekuatan tekanan maksimum kemasan dan besar defleksi dari kemasan. Saat pengujian kekuatan tekan, outer kemasan ditambahkan tatakan kayu dengan dimensi 40x46 cm dan berat 4,6 kg, sedangkan untuk pengukuran compresition strength inner kemasan ditambahkan tatakan kayu dengan dimensi 15x23 cm dan berat 0,4 kg. Tatakan yang ditambahkan akan menambah beban yang diterima kemasan, oleh karena itu total nilai compresition strength yang terukur akan ditambah dengan gaya yang diberikan tatakan kayu. Sedangkan besar defleksi kemasan dapat dilihat dari hasil perekaman alat. Compresition strength teoritis dihiting berdasarkan persamaan (1) Mckee’s . Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.
(a)
(b)
Gambar 8. Pengujian kekuatan tekan. Mekanisme pengujian (a), Instron universal testing mechine (b)
4. Jumlah Tumpukan Jumlah tumpukan di hitung dengan persamaan (8) (Salke, 2005); SF = P/f.........................................................................................................(8) Dimana : SF=Safe load on box P = Compression strength f = nilai koefisien keselamatan Safe number of boxes to stack on bottom box = SF/berat total box Nilai koefisien keselamatan kemasan box karton menurut ASTM D4269 (Lampiran 11) sebesar tiga untuk syarat kondisi penyimpanan kemasan kelembaban diatas 70%, penyimpanan masimal enam minggu, dengan ruang penyimpanan yang baik dan stabil.
5. Sebaran Suhu Kemasan Pengukuran sebaran suhu kemasan selama penyimpanan menggunakan termokopel dan alat Hybrid recorder. Termokopel diletakkan pada sepanjang diagonal kemasan. Titik-titik yang terpilih dapat dilihat pada Tabel 8. Titik yang terpilih dinyatakan dalam koordinat (X,Y,Z) dimana X= panjang kemasan, Y=lebar kemasan, dan Z= tinggi kemasan. Setiap layer kemasan terdapat tiga titik pengukuran, jadi pada masing-masing kemasan terdapat enam titik pengukuran. Penentuan titik pengukuran antara layer bawah dan layer atas memiliki nilai X dan Y yang sama, hanya nilai Z yang membedakan. Pengukuran dilakukan sampai suhu dalam kemasan mulai stabil . Pengukuran suhu dilakukan saat buah baru dikemas, dimana manggis masih terpengaruh oleh suhu lingkungan. Lebih jelasnya tentang pemasangan termokopel dapat dilihat pada Gambar 9, 10, dan Tabel 8.
Tabel 8. Koordinat pemasangan termokopel Ketebalan Karton
Kapasitas kemasan 60 buah
Outer BC 40 buah 60 buah Outer C 40 buah
Layer (lapisan) atas bawah atas bawah atas bawah atas bawah
Koordinat termokopel (X,Y,Z) dalam cm (7.1,4.35,12.65) (7.1,4.35,4.85) (7.1,4.35,12.65) (7.1,4.35, 4.85) (6.7,3.95,12.25) (6.7,3.95,4.45) (6.7,3.95,12.25) (6.7,3.95, 4.45)
(20.7,18.35,12.65) (20.7,18.35, 4.85) (21,11.15,12.65) (21,11.15, 4.85) (20.3,17.95,12.25) (20.3,17.95, 4.45) (20.6,10.75,12.25) (20.6,10.75, 4.45)
(34.8,25.05,12.65) (34.8,25.05, 4.85) (34.9,18.25,12.65) (34.9,18.25, 4.85) (34.4,24.65,12.25) (34.4,24.65, 4.45) (34.5,17.85,12.25) (34.5,17.85, 4.45)
Z Y
0,0,0 X
Gambar 9. Koordinat kemasan
T
T
T
T
T Kapasitas 48 buah
Kapasitas 60 buah
T
Gambar 10. Ruang penempatan termokopel pada kemasan ( T= ruangan terpilih) Pengujian sebaran suhu dilakukan pada tiga perlakuan suhu ruang penyimpanan yaitu suhu ruang tropis 280 C, suhu ruang penyimpanan 13 0C, dan suhu ruang penyimpanan 8 oC, dengan kelembaban ruang penyimpanan 85-90 %. Pengukuran suhu menggunakan termokopel dan hybrid recorder. Termokopel diletakkan di koordinat tertentu pada kemasan, pemasangan dapat dilihat pada Gambar 24. Fokus utama dari pengujian ini adalah menentukan waktu yang dibutuhkan kemasan agar dapat mencapai suhu ruangan, dan bagaimana sebaran suhu pada titik-titik sampel koordinat yang dipilih setelah suhu dalam kemasan stabil.
6. Kesetaraan Simulasi Transportasi Kesetaraan simulasi transportasi dilakukan dengan menggunakan meja simulator, dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan di bawah ini: a. Amplitudo rata-rata getaran bak truk (P) dapat dihitung menggunakan persamaan (9).
..........................................................................(9) Dimana : P = rata-rata getaran bak truk (cm) N = jumlah kejadian amplitudo A = amplitudo getaran vertikal (cm) jalan luar kota c. Jumlah luas seluruh getaran bak truk jalan kota (JLSTT) selama z menit JLSTT = z × 60 detik/menit ×f × LST b. Luas satu siklus jalan kota (LSV) dapat dihitung dengan persamaan (10) LST =
...............................................................................(10)
Dimana: T = 1/f T = periode (detik/getaran) W = 2π/T W = getaran/detik e. Jumlah seluruh getaran vibrator selama y jam (JLSVT) JLSVT = y jam × 60 menit/jam × 60 detik/menit × f f. Jumlah luas seluruh getaran vibrator selama y jam = JLSVT × LSV Maka simulasi pengankutan dengan truk selama y jam :
7. Kerusakan Mekanis Pengamatan terhadap tingkat kerusakan mekanis buah manggis dilakukan setelah kegiatan simulasi transportasi dan selama masa penyimpanan. Pengamatan kerusakan dilakukan secara visual terhadap buah manggis yang mengalami kerusakan mekanis, seperti: pecah, memar, luka, pecah kelopak daun. Pengamatan tingkat kerusakan mekanis manggis dapat dinyatakan dalam persentase (persamaan 11). Kerusakan mekanis dihitung dari jumlah buah yang rusak pada tiap kemasan dibagi total buah tiap kemasan. ............................................... (11)
8. Susut Bobot Pengukuran susut bobot dilakukan dengan menggunakan timbangan mettler PM-4800 pengukuran dilakukan sebelum pengemasan, setelah pengemasan dan selama penyimpanan. Pengukuran dilakukan setiap dua hari dengan tiga kali pengulangan tiap perlakuan. Susut bobot dapat dihitung menggunakan persamaan (12):
..................................................................(12) Dimana : Wo = Bobot awal bahan (gram) Wt = Bobot akhir bahan (gram)
9. Kekerasan Pengukuran kekerasan buah manggis dilakukan dengan menggunakan rheometer tipe CR300DX (Gambar 11). Alat ini diset dengan mode 20, beban maksimal 10 kg, kedalaman penekanan 10 mm, kecepatan penurunan beban 60 mm/m, dan diameter probe 5 mm. Pengujian dilakukan di 3 titik pada bagian tengah buah. Pengukuran kekerasan dilakukan setiap 2 hari sekali.
Gambar 11. Rheometer tipe CR-300DX
10. Total Padatan Terlarut Besarnya total padatan terlarut pada buah manggis dapat diketahui dengan menggunakan refraktometer (Gambar 12). Total padatan terlarut tersebut didapat dari filtrat daging buah manggis. Daging buah manggis dilumatkan, kemudiaan diletakkan pada prisma refraktometer. Kemudian dilakukan pembacaan, besar nilai total padatan terlarut dinyatakan dalam obrix. Pengukuran total padatan terlarut dilakukan setiap 2 hari sekali.
Gambar 12. Refraktometer
11. Rancangan Percobaan Rancangan yang digunakan untuk mengetahui perbedaan perubahan mutu buah manggis antar perlakuan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL). Ada 3 perlakuan dan setiap perlakuan
mengalami 3 kali pengulanagan. Perlakuan yang dilakukan adalah buah kontrol, buah pada K48, dan buah pada K60. Model Matematika dapat dilihat pada persamaan 13:
Yij i ij .......................................................(13) Keterangan: Yij = pengamatan pada perlakuan ke-I dan ulangan ke-j µ = rataan umum τi = pengaruh perlakuan ke-i εij = Pengaruh acak pada perlakuan ke-i ulangan ke-j i = perlakuan (1,2,3) j = ulanagan (1,2,3) Pengamatan dilakukan setiap dua hari sekali selama delapan belas hari terhadap beberapa respon. Respon yang akan diamati dari masing-masing perlakuan yaitu: (1) susut bobot,(2) kekerasan, dan (3) Total padatan terlarut. Pada setiap respon akan diamati pengaruh kapasitas kemasan terhadap tingakat perubahan mutu buah manggis.
12. Optimasi Tumpukan Kemasan Optimasi tumpukan kemasan hasil perancangan menggunakan program Cube Master Professional Edition, input yang digunakan adalah dimensi kemasan dan jenis tempat untuk penumpukan, sedangkan output yang dihasilkan adalah efisiensi luasan, dan volume penggunaan ruang oleh kemasan pada tempat penumpukan. Program ini akan mengkalkulasikan input sehingga diperoleh beberapa pola tumpukan yang memiliki tingkat efisiensi tertinggi, pola tumpukan yang di hasilkan berupa gambar tiga dimensi. Tempat penumpukan kemasan yang digunakan adalah pallet berukuran 1200 x 1000 mm dan tinggi tumpukan maksimum kemasan sekitar 1500 mm, pallet ini merupakan ukuran standar Asia yang sering digunakan pada proses ekspor impor.
