III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dengan judul “Pendugaan Komposisi Kimia Modified Cassava Flour (MOCAF) dengan Metode Near Infrared (NIR)” akan dilakukan di 3 (tiga) tempat. Untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan metode NIR serta penentuan kadar air dan pH MOCAF dengan metode konvensional dilaksanakan di Lab. Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Pertanian, IPB Dramaga. Penentuan kadar amilosa MOCAF dengan metode konvensional dilaksanakan di Balai Penelitian Pascapanen Pertanian, Cimanggu, Bogor. Sedangkan tempat penelitian ketiga adalah Lab. Biokimia Pangan, Departemen Ilmu Teknologi Pangan, IPB Dramaga, untuk penentuan kadar abu MOCAF dengan metode konvensional. Waktu penelitian dilaksanakan mulai bulan Maret 2010 sampai April 2010. B. Bahan dan Alat Penelitian 1. Bahan Penelitian Bahan utama yang digunakan dalam penelitian pendugaan komposisi kimia ini adalah tepung singkong termodifikasi atau sering disebut dengan modified cassava flour (MOCAF) yang diperoleh dari distributor PT. Tiga Pilar Sejahtera (TPS) Agro, Tebet, Jakarta Selatan, tetapi di produksi oleh Koperasi Loh Jinawi, Trenggalek, Jawa Timur. Sampel MOCAF yang digunakan dalam pendugaan komposisi kimia dengan metode NIR dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Sampel MOCAF yang akan digunakan dalam pendugaan komposisi kimia dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500. 24
Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk menganalisis komposisi kimia sampel MOCAF seperti penentuan kadar air, kadar abu, kadar amilosa, dan pH dengan analisis kimiawi (metode konvensional), antara lain: Amilosa standar, Etanol 95%, NaOH 1 N, larutan Iod (larutan 0.2 g Iod dan 2 g KI dalam 100 ml air), asam asetat 1 N, aquades, serta cairan buffer 4.0 dan 7.0. 2. Alat Penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian “Pendugaan Komposisi Kimia Modified Cassava Flour (MOCAF) dengan Metode Near Infrared (NIR)”, adalah sebagai berikut: a. Instrumen NIRFlex Tipe N-500 Merk BUCHI Instrumen dasar NIRFlex Tipe N-500 merk BUCHI ini memiliki data teknis / spesifikasi, antara lain: memiliki dimensi 350 mm x 450 mm x 250 mm, nilai spektrum sebesar 800-2500 nm (1000-2500 nm), 12’5004’000 cm-1 (jika tidak spesifik kecuali sel pengukuran), memiliki resolusi 8 cm-1, tipe interferometernya adalah polarisasi interferometer dari TeO2, analog digital converter 24 bit, temperatur ambient 5-35 ºC (25 ± 5 ºC), koneksi ethernet adalah 100 Mbit/s, besarnya nilai penambah tegangan listrik 100-230 VAC ± 10%, 50/60 Hz, 350 W, sedangkan tipe leser yang digunakan adalah 12 VDC HeNe, dengan panjang gelombang 632.992 nm (Anonima, 2008). Perangkat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Perangkat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI (Anonima, 2008). 25
Software bawaan NIRFlex Tipe N-500 merk BUCHI secara otomatis medeteksi jenis perangkat tambahan yang digunakan saat aplikasi yang berhubungan dimulai dengan software NIRWare Operator. Adanya software tersebut maka hasil pendugaan komposisi kimia tersebut dapat diukur dan diperoleh hasil dalam bentuk data digital berupa tabel dan kurva reflektan (R) dan absorban (A). Aplikasi NIRFlex N-500 dapat digunakan pada laboratorium, lingkungan-lingkungan produksi dan juga proses produksi. Hasil analisis dibagi menjadi 2 macam (Anonima, 2008), yaitu: 1. Analisis Kualitatif, antara lain: a. Perbedaan dari bahan-bahan yang berbeda secara kimia (seperti tes bahan baku dari bahan yang masuk). b. Perbedaan dari bahan-bahan yang mirip secara kimia. 2. Analisis Kuantitaif, yaitu Penentuan sifat-sifat produk yang dinilai dengan angka yang dihitung secara konsentrasi atau parameter fisik (viskositas dan ukuran partikel). NIRFlex Tipe N-500 memiliki berbagai macam sistem / bentuk yaitu NIRFlex Solids dengan cawan petri dan XL add-on, NIRFlex Fiber Optic Solids, dan NIRFlex Liquids (Anonima, 2008). Penelitian ini menggunakan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI. NIRFlex Fiber Optic Solids adalah instrumen NIR yang ideal untuk mengukur sampel-sampel padatan secara cepat dan mudah. Sampel yang biasa digunakan seperti tepung-tepungan (powders) dan pasta dengan metode pemantulan acak (diffuse reflection mode) (Anonima, 2008). Sel pendugaan untuk bahan-bahan padatan memungkinkan penggunaan komponen tambahan yang berbeda untuk penampung-penampung sampel secara spesifik. Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah MOCAF yang merupakan bahan berbentuk tepung-tepungan. Untuk bahan tepung tersebut maka digunakan alat penelitian yaitu NIRFlex Fiber Optic Solids. Data teknis NIRFlex fiber optic solid, antara lain: nilai suhu pada ujung probe adalah 0-80 ºC, penambah tegangan listrik 100-230 VAC ± 10%,
26
50/60 Hz, 20 W, detektor yang jangkauan yang diperpanajang InGaAs, panjang standar dari fiber optic probe adalah 2 m (Anonima, 2008). Pada Gambar 8 menunjukkan prinsip fungsional dari alat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500.
Gambar 8 Prinsip fungsional dari alat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 yang digunakan dalam penelitian (Anonima, 2008). Prinsip fungsional NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI adalah dimulai dengan memancarkan sinar infra merah dekat (NIR) ke lensa optik 1 dan lensa optik 2. Setelah NIR melewati lensa optik 2 maka akan dilanjutkan ke light barrier, fiber bundle, dan sensor magnet (magnet sensors). Sensor magnet tersebut akan memancarkan sinar NIR ke sampel penelitian (MOCAF) dengan tebal pancaran NIR sebesar 1 mm dari permukaan sampel. Pengukuran atau penembakan NIR dibantu dengan tombol start dengan LEDs berwarna hijau, apabila masih LEDs berwarna merah maka tekan kembali tombol start. Sampel yang telah dipancarkan NIR akan mengalami proses getaran (vibrasi). 27
Hasil vibrasi adalah berupa spektrum pantulan (reflectance) NIR yang akan kembali ke sensor magnet, fiber bundle, light barrier, dan menuju ke pemeriksaan koneksi elektrik (electrical connections probe). Setelah melalui proses pemeriksaan koneksi elektrik maka akan menuju lensa optik 3 dan terakhir ke detektor. Detektor berfungsi sebagai alat untuk merekam atau mencatat nilai spektrum yang berupa vibrasi pada saat pengukuran NIR terhadap sampel. Spektrum yang terukur dari detektor akan diteruskan ke komputer untuk disimpan secara langsung. Referensi internal digunakan untuk meminimalkan interaksi antara referensi ekrternal dengan penggunaan. Referensi eksternal (external reference) merupakan data referensi sebagai spektrum control. Spektrum kontrol direkam tanpa sampel (untuk kasus tranmitan) atau dengan white standar diposisi sampel (kasus pantulan). Referensi eksternal ini selalu diperlukan sebelum penembakan atau pengukuran NIR terhadap sampel penelitian (Anonima, 2008). b. Komputer Komputer (PC) digunakan untuk mengolah data-data dan mengukur pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 sehingga diperoleh data reflektan dan absorban baik dalam bentuk tabel ataupun grafik. Software bawaan dari NIRFlex N-500 merk BUCHI yang digunakan dalam penelitian ini adalah NIRWare Operator, NIRWare Management Console, dan NIRCal 5. c. Oven dan Tanur listrik Oven listrik merek ISUZU yang digunakan dalam pengukuran kadar air (KA) MOCAF dengan cara pengeringan (metode thermogravitimetri). Kemudian tanur listrik digunakan dalam pengukuran kadar abu MOCAF dengan cara pengabuan. d. Peralatan Lainnya Peralatan-peralatan lain yang digunakan selama penelitian, antara lain: timbangan digital merek ae ADAM, cawan, cawan porselin, desikator, pHmeter merek HORIBA D-21.
28
C. Metode Penelitian Diagram alir pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 9. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Persiapan Sampel Penelitian Sampel yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah MOCAF yang telah dipersiapkan dengan baik mulai dari distributor PT. Tiga Pilar Sejahtera (TPS) Agro, Tebet, Jakarta Selatan sebagai tempat diperolehnya sampel, dalam hal ini sampel yang digunakan berasal dari Koperasi Loh Jinawi Trenggalek, Jawa Timur. Persiapan sampel hingga didapatkan data NIR maupun data referensi meliputi proses pengemasan sampel, sampel dikemas dalam plastik transparan yang kedap udara untuk memudahkan penembakan (pengukuran) dengan instrumen NIRFlex Fiber Optic Solids N-500. 2. Persiapan Instrumen NIR Sebelum dilakukan pengukuran, instrumen NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dinyalakan dan dibiarkan terlebih dahulu beberapa saat. Kemudian sebelum dilakukan penembakan (pengukuran) ke sampel MOCAF, terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan software bawaan dari instrumen tersebut selama kurang lebih 2 - 3 menit. Software bawaan yang digunakan untuk proses kalibrasi adalah NIRWare Operator (Anonimc, 2008). 3. Pengukuran Pantulan Spektrum NIR Pendugaan sampel MOCAF dengan cara penembakan (pengukuran) dengan instrumen NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dan software bawaan yaitu NIRWare Operator, lama pengukuran setiap sampel adalah 8 – 9 detik. Jumlah sampel yang akan diukur sebanyak 70 sampel, dimana setiap sampel dilakukan 3 (tiga) pengulangan dengan tempat titik pengukuran yang berbeda. Selanjutnya MOCAF akan disinari infra merah dekat (NIR) dengan panjang gelombang 1000 - 2500 nm dan daerah yang disinari akan memberikan hasil pantulan atau gambaran berupa spektrum. Hasil pantulan spektrum akan ditangkap oleh lensa optik yang kemudian direkam oleh detektor. Informasi yang diperoleh merupakan hasil interaksi gelombang elektronika dengan komponen penyusun bahan komposisi kimia tersebut.
29
Hasil interaksi tersebut berbentuk pada pengukuran sampel. Spektrum yang terukur dari detektor akan diteruskan ke komputer untuk disimpan secara langsung. Data yang disimpan sudah dalam bentuk digital sehingga lebih mudah untuk diolah lebih lanjut dengan software bawaan NIR. Setelah dilakukan pengambilan pantulan spektrum NIR MOCAF, maka dilakukan analisis kimiawi MOCAF dengan metode konvensional. Pada Gambar 8 menunjukkan proses pengukuran komposisi kimia MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500. Spektrum dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Dimana: VContoh = Tegangan pantulan contoh / sampel (Volt) VStandar = Tegangan pantulan standar putih (Volt)
Gambar 9 Proses pengukuran komposisi kimia MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500. 4. Pengukuran Absorban Spektrum NIR Data absorban diperoleh dengan cara mentransformasikan nilai reflektan ke dalam bentuk log (1/R). Nilai absorban dari NIRFlex Fiber Optic Solids N500 diperoleh dari hasil penyerapan (absorban) oleh objek dengan persamaan:
Dimana:
Aλ = Nilai absorban Sλ = Intensitas panjang gelombang pada sampel Dλ = Intensitas panjang gelombang pada dark Rλ = Intensitas panjang gelombang pada reference 30
Modified Cassava Flour (MOCAF) sebanyak 70 sampel
Pengukuran spektrum MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500
● Pengukuran spektrum dibantu dengan software yaitu NIRWare Operator ● Data Pantulan (Reflektan, R) ● Data Absorban (Log (1/R))
Analisis kimiawi kadar air, kadar abu, pH dan kadar amilosa MOCAF di laboratorium dengan metode konvensional
● Data analisis kimiawi MOCAF dimasukkan dalam software yaitu NIRWare Management Console
Metode kalibrasi dan Seleksi spektrum ● Proses Kalibrasi dan seleksi kalibrasi / validasi kalibrasi / validasi menggunakan 1. Kalibrasi (2/3 total sampel) software yaitu NIRCal 5 2. Validasi (1/3 total sampel) Data perlakuan (treatment) untuk spektrum reflektan dan absorban NIR
● Pemberian perlakuan menggunakan software yaitu NIRCal 5 Toolbox
Perancangan model kalibrasi dengan metode multivariatif, yaitu: 1. Principal Component Regression (PCR) 2. Partial Least Squares (PLS)
Penentuan persamaan regresi kalibrasi
Penentuan validasi
R2, Koefesien keragaman (CV), dan Standar error kalibrasi (SEC)
Koefesien keragaman (CV) dan Standar error validasi (SEP)
Gambar 10 Diagram alir pelaksanaan penelitian pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan metode NIR. 31
5. Penentuan Komposisi Kimia MOCAF secara Destruktif a. Penentuan kadar air (SNI 01-3751-2006) Penentuan kadar air dalam bahan pangan dan pertanian dapat dilakukan dengan berbagai metode, antara lain: metode pengeringan (thermogravitimetri), metode destilasi (thermovolumetri), metode Khemis, dan lain-lain. Pada penelitian ini, kadar air MOCAF akan ditentukan dengan
metode
thermogravitimetri berdasarkan SNI 01-3751-2006. Cawan aluminium kosong dan tutupnya dikeringkan dalam oven pada suhu 130ºC selama 15 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit. Cawan ditimbang menggunakan neraca analitik (A). Sampel sebanyak 2 gram (W) yang sudah dihomogenkan dimasukkan ke dalam cawan tersebut, kemudian cawan serta sampel ditimbang dengan neraca analitik, tutup cawan diangkat, dan cawan beserta isi dan tutupnya ditempatkan di dalam oven pada suhu 130ºC selama 1 jam. Kemudian cawan berisi sampel didinginkan dalam desikator, kemudian ditimbang (Y). Setelah itu, cawan berisi sampel dikeringkan kembali dalam oven selama 15-30 menit, lalu ditimbang kembali. Pengeringan diulangi hingga diperoleh bobot konstan (selisih bobot ≤ 0.005 gram). Penentuan kadar air dilakukan sebanyak 2 (dua) kali, hasil penentuan tersebut kemudian dirataratakan. Kadar air diukur dengan cara sebagai berikut: % Dimana:
%
W = Bobot sampel awal (g) X = Bobot sampel dan cawan setelah dikeringkan (g) A = Bobot cawan kosong (g)
b. Penentuan kadar abu (SNI 01-3751-2006) Penentuan kadar abu pada penelitian ini menggunakan metode yang berdasarkan SNI 01-3751-2006. Cawan porselen dibakar dalam tanur listrik (550ºC) selama 15 menit, kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang (A). Sampel sebanyak 2-3 gram (W) ditimbang dalam cawan tersebut yang telah diketahui bobotnya.
32
Kemudian cawan yang berisi sampel dibakar sampai didapatkan abu berwarna abu-abu atau sampai bobotnya konstan. Pengabuan dilakukan pada suhu 550ºC selama 6 jam. Cawan yang berisi sampel didinginkan dalam desikator, kemudian ditimbang dengan neraca analitik (X). Untuk setiap MOCAF dilakukan penentuan kadar abu sebanyak 2 (dua) kali. Hasil penentuan kadar abu kemudian dirata-ratakan. Kadar abu diukur dengan cara sebagai berikut: % Dimana:
%
W = Bobot sampel awal (g) X = Bobot sampel dan cawan setelah dikeringkan (g) A = Bobot cawan kosong (g)
c. Penentuan pH (Apriyantono et al., 1989) 1. Persiapan sampel Timbang sampel MOCAF kurang lebih 1 gram, kemudian masukan sampel tersebut kedalam plastik transparan yang berukuran sedang. Setelah itu sampel ditambahkan aquades kurang lebih 20 ml. Guncang-guncangkan sampel dan aquades yang telah ditaruh plastik sampai merata. 2. Pembacaan pH-meter Sampel yang telah disiapkan diukur suhunya, kemudian pengatur suhu pada pH-meter diatur sesuai dengan suhu sampel terukur. Setelah itu pH-meter dinyalakan dan didiamkan sesaat sampai stabil (5 menit). Sebelum dilakukan pengukuran pH pada sampel MOCAF, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi pada pH-meter dengan mencelupkan elektroda kedalam cairan buffer 4.0 dan 7.0. Elektroda tersebut dibilas dengan aquades, kemudian dikeringkan ujung elektroda dengan kertas tissue. Tujuan pembilasan dan pengeringan pada elektroda adalah untuk menghilangkan pengaruh dari cairan buffer 4.0 dan 7.0 pada saat penentuan pH sampel. Elektroda yang yang telah dikeringkan tersebut, kemudian dicelupkan pada larutan sampel dan pengukuran pada pH-meter sudah dimulai.
33
Setelah itu elektroda dibiarkan tercelup beberapa saat dalam larutan sampel sampai diperoleh pembacaan angka yang stabil pada alat ukur pH tersebut. Penentuan pH sampel dilakukan sebanyak 2 (dua) kali, hasil penentuan tersebut kemudian dirata-ratakan. d. Penentuan kadar amilosa (Apriyantono et al., 1989) 1. Pembuatan kurva standar Amilosa kentang sebanyak 40 gram dilarutkan ke dalam 10 ml NaOH alkoholik (campuran 1 ml etanol 95% dan 9 ml NaOH 1 N). kemudian dipanaskan dalam air mendidih selama kurang lebih 10 menit sampai semua bahan membentuk gel, lalu didinginkan. Setelah itu semua campuran (larutan amilosa) dipindahkan ke dalam labu takar 100 ml dan ditambah akuades hingga tanda tera. Kemudian larutan amilosa dipipet masing-masing sebanyak 1, 2, 3, 4, dan 5 ml dan dimasukkan masingmasing ke dalam labu takar 100 ml. Kedalam masing-masing labu takar tersebut ditambahkan asam asetat 1 N masing-masing 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, dan 1.0 ml, lalu masing-masing ditambahkan 2 ml larutan iod. Kemudian masing-masing larutan dalam labu takar ditambahkan akuades hingga tanda tera, dan dibiarkan selama 20 menit. Intensitas warna biru yang terbentuk kemudian diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 625 nm. Lalu data yang diperoleh digunakan untuk membuat kurva standar hubungan antara konsentrasi amilosa dengan absorbansi. 2. Analisis sampel Sejumlah 100 mg sampel dalam bentuk tepung dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian ditambahkan 1 ml etanol 95% dan 9 ml NaOH 1 N. setelah itu, dipanaskan dalam air mendidih selama kurang lebih 10 menit sampai terbentuk gel. Lalu seluruh gel dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu takar 100 ml, diguncangkan, dan pencucian berkali-kali menggunakan aquades dan diencerkan menjadi 100 ml (hingga tanda tera). Kemudian larutan tersebut dipipet sebanyak 5 ml dan dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml. Setelah itu, ditambahkan 1 ml asam asetat 1 N dan
34
2 ml larutan iod. Kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera, diguncang-guncangkan dan didiamkan selama 20 menit. Intensitas warna yang terbentuk diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 625 nm. Selain itu, dibuat juga larutan blanko dengan cara mencampurkan semua bahan kecuali sampel penelitian. Untuk setiap sampel MOCAF dilakukan penentuan kadar amilosa sebanyak 2 (dua) kali. Hasil penentuan kadar amilosa kemudian dirataratakan. Kadar amilosa diukur dengan cara sebagai berikut: %
%
Dimana: Aa = Konsentrasi amilosa dari kurva standar (mg/ml) Fp = Faktor pengenceran V = Volume awal (ml) W = Bobot awal 6. Analisis Data Penelitian Data-data yang diperoleh akan dianalisis dengan menggunakan bantuan perangkat lunak (software) komputer, seperti: Microsoft Excel 2007 dan software bawaan dari alat NIRFlex N-500 merk BUCHI yaitu NIRWare Management Console dan NIRCal 5. Diagram alir tahap kalibrasi dari NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dengan software NIRCal 5 dapat dilihat pada Lampiran 13. Microsoft Excel 2007 digunakan untuk pembuatan kurva reflektan (R) dan absorban (log(1/R)) NIR. Penggunaan NIRWare Management Console untuk memasukan data hasil analisis kimiawi laboratorium (data referensi). Sedangkan NIRCal 5 digunakan untuk membuat bentuk dan model kalibrasi antara data reflektan dan absorban NIR terhadap hasil analisis kimiawi laboratorium dengan metode kalibrasi multivariatif yaitu principal component regression (PCR) dan partial least squares (PLS). Keluaran hasil analisis data penelitian dari metode kalibrasi multivariatif tersebut dengan menggunakan software NIRCal 5 adalah data dugaan, grafik, dan persamaan regresi kalibrasi antara data reflektan atau 35
absorban NIR dengan nilai hasil analisis kimiawi laboratorium yang memiliki koefisien korelasi (R) dan koefesien determinasi (R2) yang tinggi serta standar deviasi dan bias yang rendah (Anonimc, 2008). Analisis data penelitian meliputi data reflektan (R) maupun absorban (log 1/R). Dari seluruh jumlah sampel (70 sampel MOCAF) yang diukur akan dibagi 2 (dua) tahap yaitu tahap kalibrasi dan validasi. Jumlah sampel untuk tahap kalibrasi harus lebih banyak dari tahap validasi, dimana jumlah sampel tahap kalibrasi sebanyak ± 45 sampel (2/3 total sampel) sedangkan jumlah sampel untuk validasi sebanyak ± 25 sampel (1/3 total sampel). Selain itu, range data yang digunakan untuk tahap kalibrasi harus lebih besar daripada tahap validasi. 1. Kalibrasi a. Metode partial least squares (PLS) Tahap kalibrasi ini dilakukan untuk menentukan hubungan antara komposisi kimia MOCAF dengan data reflektan maupun absorban NIR. Untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF dapat dilakukan dengan metode kalibrasi multivariatif yaitu metode partial least squares (PLS). Metode kalibrasi ini memiliki struktur sistematik linier dan non-linier (Herve, 2003 dalam Saragih, 2007). Metode PLS digunakan memperoleh pendugaan bagi Y sebagai fungsi peubah-peubah Xn yang terpilih. Persamaan regresi kalibrasi antara peubah Y dengan a dan b sebagai konstanta kuadrat terkecil parsial X terpilih (Naes, 1985 dalam Rumahorbo, 2004), dinyatakan sebagai berikut: … Dimana: Y
=
Kadar air/abu/amilosa/pH MOCAF
a dan b
=
Konstanta kuadrat terkecil parsial
X
=
Fungsi peubah kuadrat terkecil parsial pada kisaran panjang gelombang antara 1000 – 2500 nm
b. Metode principal component regression (PCR) Principal component regression (PCR) merupakan metode kalibrasi multivariatif untuk menganalisis statistika peubah ganda yang dapat 36
digunakan untuk keperluan mereduksi sejumlah peubah asal menjadi beberapa peubah baru yang bersifat orthogonal dan tidak mengurangi serta tetap mempertahankan total keragaman yang jumlahnya besar dari peubah asalnya (Mattjik et al., 2006). Hasil analisis berupa akar ciri, vektor ciri, proporsi dan proporsi kumulatif total keragaman yang diterangkan oleh masing-masing komponen serta skor komponen. Persamaan regresi kalibrasi dapat dibangun dengan menggunakan metode principal component regression (Mattjik et al., 2006), dinyatakan sebagai berikut: ….. Dimana: Y
= Kadar air/abu/amilosa/pH MOCAF
a dan b = Konstanta komponen utama P
= Komponen utama pada kisaran panjang gelombang antara 1000 – 2500 nm
2. Validasi Setelah didapatkan model persamaan regresi kalibrasi, dilakukan tahap validasi dengan menggunakan sisa data yang lain. Data sampel yang berbeda tersebut dimasukkan ke dalam persamaan regresi kalibrasi, sehingga diperoleh data komposisi kimia (kadar air, kadar abu, pH, dan kadar amilosa) MOCAF dugaan NIR. Validasi bertujuan menguji ketepatan pendugaan komposisi kimia dengan persamaan regresi kalibrasi yang telah dibangun. Parameter untuk menentukan kecocokan model kalibrasi adalah koefesien determinasi (R2), standard error (SE), coefficient of variation (CV). Koefesien determinasi atau R2 menunjukkan kemampuan model menerangkan keragaman nilai peubah tak bebas. Semakin besar nilai R2 bearti model semakin mampu menerangkan perilaku peubah tak bebas. Kisaran nilai R2 mulai dari 0% sampai 100% (Mattjik et al., 2006) ∑ ∑
.∑
37
Data komposisi kimia dugaan NIR akan di validasi dengan data hasil pengujian secara kimiawi di laboratorium kimia dan dibuat hubungan antara keduanya, setelah itu akan dihitung standard error. Standar error merupakan selisih antara nilai hasil dugaan dan nilai sebenarnya. SE yang semakin kecil menunjukkan model yang semakin baik. Nilai kecil yang yang baik adalah nilai yang semakin mendekati nol sehingga dipastikan model dapat memprediksi dengan baik kadar dugaan. Standar error diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: ∑
Dimana: SE
= Standar error validasi
YNIR
= Komposisi kimia dugaan NIR
Y
= Komposisi kimia dengan uji kimia
n
= Jumlah sampel
Setelah dihitung standar error (SE), dihitung pula koefisien keragaman (Coefficient of Variability/CV). Walpole (1995) menyatakan bahwa dengan simpangan baku (standar deviasi) saja tidak dapat mengatakan banyak mengenai keragaman satu kumpulan data. Ukurun lain yang mungkin lebih layak adalah koefesien keragaman (CV) Coefficient of variability menunjukkan besarnya error sebanding dengan rata-rata hasil analisis kimiawi laboratorium (data referensi). Koefisien keragaman (CV) dapat digunakan untuk membandingkan dua keragaman kelompok data yang selang nilainya jauh berbeda satu sama lain bahkan dapat digunakan untuk membandingkan keragaman dua atau lebih kelompok data meskipun satuan pengukurannya tidak sama. Menurut Mattjik et al. (2006) besaran ideal nilai CV sangat tergantung pada bidang studi yang digeluti, misalnya untuk bidang pertanian nilai CV yang dianggap wajar adalah 20 – 25 %, namun percobaan dilakukan dilaboratorium nilai CV diharapkan jauh lebih kecil mengingat sebagian kondisi lingkungan dalam keadaan terkontrol. 38
Fontaine et al. (2002) mendefinisikan CV sebagai relatif standar deviasi (RSD) untuk membandingkan keragaman crude protein dengan asam amino hasil kalibrasi NIRS. SE dan CV terkecil menunjukkan hasil yang paling baik. Coefficient of variability dirumuskan dengan: % Dimana: CV
= Koefesien keragaman
SE
= Standar error validasi
Ỹ
= Rataan komposisi kimia aktual sampel penelitian
Standar deviasi adalah hasil perkalian dari standar error validasi dengan RPD, rumus untuk mencari nilai standar deviasi (SD) adalah: ∑
Kemudian dihitung nilai bias dalam penelitian ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini: ∑
3. Data treatment Data mentah yang didapatkan dari hasil pengukuran reflektan dan absorban NIR perlu diolah lebih lanjut, karena selama proses pengambilan data banyak faktor eksternal, guncangan (noise), serta galat (kekeliruan) yang terjadi selama proses pengukuran infra merah dekat (NIR) dan analisis kimiawi laboratorium (metode konvensional) yang mempengaruhi data tersebut sehingga diperlukan pengolahan data mentah terlebih dahulu, sebelum ditentukannya persamaan regresi kalibrasi yang baik. Pada penelitian ini perlakuan data yang diberikan pada kurva spektrum reflektan dan absorban adalah penghalusan rataan setiap 3 titik (smooth average 3 points), derivatif kedua Savitzky-Golay setiap 9 titik (second derivative Savitzky-Golay 9 points), dan kombinasi kedua perlakuan data tersebut. Setiap perlakuan data mempunyai fungsi yang berbeda-beda terhadap data spektrum. 39
Smoothing berfungsi untuk memilih penghalusan fungsi dengan teliti tanpa menghilangkan informasi spektrum yang ada dan mengurangi guncangan (noise) dan memperkecil galat (kekeliruan) yang terjadi selama pengukuran NIR dan analisis kimiawi laboratorium. Derivatif kedua Savitzky-Golay berfungsi untuk mereduksi efek basis dari adanya pertambahan dari proses absorban (shoulder effect) serta menghilangkan masalah
basis
kemiringan
persamaan
regresi
(Tiaprasit
dan
Sangpithukwong, 2010). Kombinasi antara smoothing dan derivative kedua Savitzky-Golay dapat diterapkan dan akan mendapatkan bentuk dan model persamaan regresi kalibrasi yang optimum, layak, dan dapat dipercaya (Blanco dan Villarroya, 2002 dalam Yogaswara, 2005). Perlakuan-perlakuan data tersebut menggunakan bantuan software NIRCal 5 Toolbox. Contoh output (keluaran) program NIRCal 5 untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF dapat dilihat pada Lampiran 12. Lampiran 14 menunjukkan tampilan software NIRFlex N-500 merk BUCHI.
40
