Jurnal Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (Journal of Mathematics and Science)

ISSN 0852-4556

Jurnal

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (Journal of Mathematics and Science) Vol. 16, No. 1, Januari 2013 DAFTAR ISI

Ismail Bin Mohd

A GLOBALLY CONVERGENT INTERVAL NEWTON-HANSENMOHD’S ALGORITHM FOR COMPUTING AND BOUNDING REAL ZEROES

1

Ahmadin

PENERAPAN KONTROL OPTIMAL UNTUK PENGENDALIAN PENYEBARAN PENYAKIT TUBERKULOSIS

11

Alif Hanifah, Agoes Soegianto, Sucipto Hariyanto

BIOAKUMULASI LOGAM BERAT Pb, Cu DAN Zn PADA BIVALVIA DAN UDANG di PANTAI KENJERAN SURABAYA

17

Qomarus Zaman, Sucipto Hariyanto, Hery Purnobasuki

ETNOBOTANI TUMBUHAN OBAT DI KABUPATEN SUMENEP JAWA TIMUR

21

Alfinda Novi Kristanti, Nanik Siti Aminah, Hery Suwito, Hamami

PENINGKATAN KUALITAS MINYAK CENGKEH DAN MINYAK NILAM MELALUI PROSES PENJERNIHAN

31

Della Ratna Febriana, Siti Wafiroh, dan Harsasi Setyawati

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MEMBRAN FOTOKATALITIK KOMPOSIT KITOSAN-SELULOSA DIASETATTiO2 UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH ZAT WARNA TEKSTIL CONGO RED

35

Laras Rizqonia Hillan, Siti Wafiroh, Suyanto

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI BIOPLASTIK DARI KOMPOSIT KITOSAN-PATI SINGKONG-SELULOSA DIASETAT DARI SERAT BATANG PISANG KEPOK (Musa paradisiaca normalis) DENGAN PLASTICIZER ASAM STEARAT

42

Bambang Suprijanto

RANCANG BANGUN GAUSS METER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

47

Terbit dua kali setahun pada bulan Januari dan Juli Harga berlangganan Rp. 300.000,00 pertahun termasuk ongkos kirim dalam negeri

Alamat Redaksi: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Kampus C UNAIR, Jalan Mulyorejo Surabaya (60115) Telp.(031) 5936501; 5912878; Fax: (031) 5936502; 5912878 Email: [email protected]

Dicetak oleh Airlangga University Press (042/03.11/A15E) Kampus C UNAIR, Jalan Mulyorejo, Surabaya (60115) Indonesia. Telp. (031) 5992246, 5992247. Fax: (031) 5992248, Email: [email protected]; [email protected] Kesalahan penulisan (isi) diluar tanggungjawab AUP.

JURNAL MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (Journal of Mathematics and Science) ISSN: 0852-4556 Alamat: Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Unair, Jalan Mulyorejo, Surabaya (60115) Telp. (031) 5936501, Fax: (031) 5936502 Email: [email protected] http://www.jurnal.fst.unair.ac.id Pelindung : Rektor Universitas Airlangga Penanggung Jawab : Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Dewan Redaksi (Editorial Board): Ketua : Dr. Moh. Yasin, M.Si. Wakil Ketua : Dr. Herry Suprajitno Anggota : Dr. Dwi Winarni Dr. Alfinda Novita Kristanti Dr. Retna Apsari, M.Si. Penyunting Ahli (Advisory Board): 1. Prof. Dr. Sulaiman W. Harun 2. Prof. Dr. Ismail bin Moh. 3. Prof. Dr. Noriah Bidin 4. Prof. Dr. Kusminarto 5. Prof. Dr. Darminto 6. Prof. Dr. Yana Maulana Syah 7. Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih., M.Si. 8. Prof. Win Darmanto, M.Si., Ph.D. 9. Prof. Dr. I Nyoman Budiantara 10. Dr. Mulyadi Tanjung, M.S. 11. Drs. Hery Purnobasuki, M.Si., Ph.D. 12. Dr. Nanik Siti Aminah 13. Dr. Endang Semiarti 14. Dr. Y. Sri Wulan Manuhara 15. Dr. Miswanto, M.Si. 16. Dr. Miratul Khasanah, M.Si. 17. Andi Hamim Zaidan, M.Si., Ph.D. 18. Dr. Ririh Yudhastuti, drh., M.Sc. Kesekretariatan/ Administrasi:  Yhosep G.Y. Yhuwana, S.Si.  Dwi Hastuti, S.T.  Farid A. Z., S.Kom.  Joko Ismanto, S.T.

(University of Malaya, Malaysia) (Universiti Malaysia Terengganu, Malaysia) (Univ. Teknologi Malaysia) (Universitas Gadjah Mada) (Institut Teknologi Sepuluh Nopember) (Institut Teknologi Bandung) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Institut Teknologi Sepuluh Nopember) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Universitas Gadjah Mada) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga) (Universitas Airlangga)

DAFTAR ISI

Ismail Bin Mohd

A GLOBALLY CONVERGENT INTERVAL NEWTON-HANSENMOHD’S ALGORITHM FOR COMPUTING AND BOUNDING REAL ZEROES

1

Ahmadin

PENERAPAN KONTROL OPTIMAL UNTUK PENGENDALIAN PENYEBARAN PENYAKIT TUBERKULOSIS

11

Alif Hanifah, Agoes Soegianto, Sucipto Hariyanto

BIOAKUMULASI LOGAM BERAT Pb, Cu DAN Zn PADA BIVALVIA DAN UDANG di PANTAI KENJERAN SURABAYA

17

Qomarus Zaman, Sucipto Hariyanto, Hery Purnobasuki

ETNOBOTANI TUMBUHAN OBAT DI KABUPATEN SUMENEP JAWA TIMUR

21

Alfinda Novi Kristanti, Nanik Siti Aminah, Hery Suwito, Hamami

PENINGKATAN KUALITAS MINYAK CENGKEH MINYAK NILAM MELALUI PROSES PENJERNIHAN

DAN

31

Della Ratna Febriana, Siti Wafiroh, dan Harsasi Setyawati

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MEMBRAN FOTOKATALITIK KOMPOSIT KITOSAN-SELULOSA DIASETAT-TiO2 UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH ZAT WARNA TEKSTIL CONGO RED

35

Laras Rizqonia Hillan, Siti Wafiroh, Suyanto

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI BIOPLASTIK DARI KOMPOSIT KITOSAN-PATI SINGKONG-SELULOSA DIASETAT DARI SERAT BATANG PISANG KEPOK (Musa paradisiaca normalis) DENGAN PLASTICIZER ASAM STEARAT

42

Bambang Suprijanto

RANCANG BANGUN GAUSS METER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

47

A GLOBALLY CONVERGENT INTERVAL NEWTON-HANSEN-MOHD’S ALGORITHM FOR COMPUTING AND BOUNDING REAL ZEROES Ismail Bin Mohd1,2* Department of Mathematics, Faculty of Science and Technology, Universiti Malaysia Terengganu, Mengabang Telipot, 21030 Kuala Terengganu, Terengganu Darul Iman, Malaysia 2 Associate Member, Laboratory of Computational Statistics and Operations Research, Institute for Mathematical Research, Universiti Putra Malaysia, 43400 Serdang, Selangor, Malaysia *e-mail : [email protected], [email protected] Invited paper 1

Abstract By combining and comparing the result obtained through the illustration of real and interval arithmetics for approximating and bounding the real zeros of a continuous function with one variable as shown in this article, we will demonstrate which arithmetic is at times preferred for executing the mathematical algorithms. In this paper, we will demonstrate how better results can be obtained, better results meaning the smallest interval which contains the zeroes of a once continuously differentiable function, by using interval arithmetic through several modifications of NewtonHansen’s method. Keywords : Newton’s method, Hansen’smethod, Interval arithmetic, 1. INTRODUCTION As known, the Newton’s routine given by

x n 1

  n  0  

f x n   x n   f ' x n 

(1.1)

is a powerful routine for finding the zero of f : R  R when an initial point for starting the routine is chosen close enough to the respected zero. The disadvantage of the routine is we do not know where to start and it totally depend on our luck or we already knew something about it. Normally, when we want to find the zero of a once continuously differentiable function f : D  R  R , we would iterate the Newton’s routine (1.1) from the right side of the guessing zero, say, and after a few iteration we will obtain the approximated zero. However, it is difficult to decide whether the approximated zero is close enough to the right one or not, especially when the zeroes to be searched with multiplicity. If we simply choose a starting point for starting the Newton’s routine, we might obtain the wrong zero or nothing. Sometimes the Newton’s routine never stops the computation because the proposed stopping criterion is not achieved. In [6], Moore introduced a method using interval arithmetic, for computing and bounding the root of f : D  R  R . By this arithmetic, the routine (1.1) can be written as

x n 1  x n  

  n  0  

f x n 

 

f' x

n

where its detailed explanation is given in Section 3, but

   . However, in

the problem appeared when 0  f x

n

[1],[2], and [3], the authors have shown how this advantage can be handled where in their methods, the

authors chose x

n 

n 

    , the midpoint of the

mx

n

current interval, x . Therefore, in this paper, based on Moore’s form of Newton’s method ([6]), we will present the use of interval arithmetic for computing and bounding any type of real zero of a once continuously differentiable function f : R  R in a given interval and we are lucky that this way of calculating can be used for locating the zero with multiplicity while at the same time the procedures proposed by Hansen ([2]) and Alefeld ([1]) can be modified. Since, it is too lengthy, we decided to only report the method and variety modification of Hansen’s method in this paper. Whereas, for Alefeld’s method and its several modifications will be published in another paper. Furthermore, as seen in literature ([5]), this prosedure can be extended to a once continuously function f : R  R with n  2 . One more thing to denote here that in this paper, we will consider only the theoretical capability of the Newton’s method and its several modifications for searching the root of f : R  R . However, we conducted a simple calculation by scientific calculator to demonstrate the workings of the formulae. This paper is organized as follows. In Section 2, the interval analysis will be presented. In Section 3, we derive the methods to obtain the Moore’s and Hansen’s forms of Newton’s method. Section 4 contains my modification of Moore’s form of Newton’s method which is called as NMM’s method. NHM1 which denotes Newton-Hansen-Mohd’s First Method is described in Section 5 and its convergence is derived in Section 6. My second modification of NewtonHansen’s method denoted by NHM2, is explaned in Section 7 while its convergence is presented in Section 8. Section 9 contains the discussion of the whole paper and Section 10 which concludes this paper will end this article. n

JURNAL MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM / Vol. 16 No. 1, Januari 2013

1

2. NOTATIONS An interval

x I , x S   x  I ( R )  

is defined by intervals on real line



There are two cases to be considered as consequences of whether 0 is in f '  x  or not. If 0  f '  x  , then S  y which gives rise

x I and x S are called infimum

where the real numbers

x respectively. The magnitude, width, and midpoint of x  I R  are respectively and supremeum of

to Moore’s form of Newton’s method ([6]) which

    from

consists of generating the sequence x

defined by

x  max x I , x S  , w x   x S  x I , and

y

m x    x I  x S   2 .

The

x

k 

x

binary arithmetic operations   {,,,} are defined on I R according to

 

The intersection and union of

x and y where

x , y  I R  , are respectively defined by  x y   maxx I , y I , minx S , y S 

k 

If x

x  y  min x I * y I , x I  y S , x S  y I , x S  y S , max x I * y I , x I  y S , x S  y I , x S  y S 

save that x  y is not defined if 0  y .

     

 x k   f x k  / f ' x

 k 1

k

y

k 

k  0

k 

y

k

 

 

(3.4)

  for any k  0 , then there

is not root of f in x . Therefore, the current interval can be deleted, and select another interval for continuing the process if exists. If 0  f '  x  , we still can compute and bound

the zero of f by finding the interval(s) y  I R 

xS  y I    y S otherwise

 x I 

such that S  y as derived by Hansen ([2]) which will be written in the following subsection. HANSEN’S METHOD (H’S METHOD)

and not an int erval x y   minx I , y I , maxx S , y S 

x  y    x  y   

and

f ' : I D   I R 

be

continuous

inclusion

x  I D  be a given interval and x  x . Let y  x such that f  y   0 . By Taylor’s theorem there exists   x    y  x  ,   0,1 such that .

S  y f  x   f '   y  x   0

If

u  0 , v  0 , and

  and d    x    f x    / v

where

k m

k m

   .

xmk   m x

obtain x

 k 1,1

k

and x

Therefore, from (3.4), we

 k 1,2 

     0 we k

where for f x m

have

x

 k 1,1



 x k  , d mk   I 

 v  0  x    d    v  0  v  0  d    x    k

k m

I

k m

k

I

(3.5)

(3.1)

x

k 1,2 

(3.2)

y  I R  such that S  y . Let

y  I R  be defined by .

k

and

In order to bound the set

y  x  f x  / f ' x 



c mk   x mk   f x mk  / u

and

of f respectively. Let

we shall find



 x Ik  , x Sk  is a current interval,

     u ,v .

f' x

k m

monotonic interval extensions of f , and the derivative

f  y   f  x   f '   y  x   0

k 

u  0  v  , define

More details can be found in (Moore 1966 [6], Moore 1979 [7]). 3. INTERVAL NEWTON’S METHOD Let f : I D   I R 

x

Let



 c k  , x k   m S 

 u  0  c    x    u  0  u  0  x    c    k m

k S

k S

k m

(3.6)

   0 we have k 

and for f x m

x

k 1,1

(3.3)



 x k  ,c k   I m 

 u  0  x    c    u  0  u  0  c    x    k

I

k m

k m

k

I

(3.7) and

2




  

 



 d k  , x k  v  0   d mk   x Sk   m S x v  0  v  0  x Sk   d mk   (3.8) The solution set of interest for this Hansen’s method is  k 1,2 

x

 k 1

x

 k 1,1

x





.

x is replaced by the infimum, x I , the midpoint, x m (Newton-Moore’s method), and the supremum, x S , of the current interval x , then we will interval

obtain their corresponding intervals given by , and

By simple manipulation, we can compute (4.4) by using the formula





yS

(4.1)

which normally used in our calculation. Since root y  y i  I , m , S , we have y  x NMM . i





Now, we can proceed the generating of the

series

x    for 0  f ' x    with the property k NMM

k NMM

that

 wx nk

i 1

 

k  NMM i

generating the sequence

      i  I ,m, S  

 k 1

k



in which

y i  xi  f  xi  / f '  x  xi  x  yi

  i  I , m , S  (4.3) 

y m and x m referred to Newton-Moore’s method. Clearly that the root of f contained in x i

i  I , m, S  if it exists.

Since the derivation of the intervals given in (4.2) via (4.3) are independent, we can intersect all of these intervals x I , x m , and x S , to produce a new current interval for the next interation defined by

x NMM  x I  x m  x S

(4.4a)

 maxx II , x mI , x SI , minx IS , x mS , x SS  (4.4b)

k 

k 

k 



k 

i  I , m , S  . i  I , m, S 

  (4.9) k  0

 

k  k  , x m  m x NMM , and x Ik   x NMMI k

k  . The detail explanation of (4.8) can x Sk   x NMMS

been seen in [4]. As (3.4), if in (4.9),

k 

k 

yi  y j  

k i , j  I , m, S ; i  j  or y ik   x NMM  k i , j  I , m, S  , then there in no root of f in x NMM ,

and therefore the current interval can be deleted. Clearly from (4.5) and (4.6) that NMM’s method is superior than NM’s method. Example 1 which will be given in the following, illustrates the superiority of NMM’s method. EXAMPLE 1 Let

f :RR

be

defined

by

f  x   x 2  x on the interval x  0.6 ,2  x . Clearly that x I  0.6 , x m  m x   1.3 , and 0 

x S  2.0 . The equation (4.9) is used since

with the property that

w x NMM   w x i 

k NMM

y i  xik   f xik  / f ' x M

(4.2)

respectively where

and

x    from

x NMM  y I  y m  y S  x NMM

x I xm x , , and S

x NMM  x i

(4.8)

where   0 , by using Mohd’s form of NewtonMoore’s method (NMM’s method) which consists of k 

respectively, and by using the second part of (3.4), we have

and

(4.7)

(3.9)

searched which might contain the zeroes of f . Based on the discussion given in Section 3 expecially the equations (3.1) – (3.4) for 0  f '  x  , if the point

,

x i i  I , m , S  .

is always a best result among

x NMM  y I  y m  y S  x

 k 1,2 

4. NEWTON-MOORE-MOHD’S METHOD Suppose that x is the current interval to be

yI ym

Therefore, x NMM

0  f ' 0.6 ,2  0.2 ,3. (4.5)

(4.6)

Now, compute

  f x     2.0

f x I0   0.24 ,

 

f x m0   0.39

,

and

0 S

therefore, we have


3

y I  0.68,1.8 ,

y m   0.65,1.17  ,

0 

0 

yS

0 

4    8,  3 

x I  0.68,1.8

0 

Suppose that the hypotheses (1) – (6) in

 0.6 ,2 , we have

Theorem 4.1 are valid. Also suppose that generated from

x m  0.6,1.17 , 1

1

xS

,

and

4    0 .6 ,  3 

x NMM  x I  x m  x S  0.68,1.17 1

1

Then

Table 4.1 : 3 Iterations for finding the zeroes of

f x   x 2  x

1

2

x

k 

[0.6,2. 0] [0.68,1 .17]

[0.976 772388 , 1.0215 67164]

 k 1

 k 1

xI

 k 1

xm

[0.68,1.8] [0.84238 8059,1.17 ]

[0.99852 2309, 1.000256 5807]

[0.6,1. 17] [0.976 77238 8, 1.1177 08333] [0.999 96500 8, 1.0000 39724]

xS

[0.6,4/ 3] [0.617 5, 1.0215 67164] [0.995 94734 8, 1.0000 00001]

 k 1

x NMM [0.68,1 .17] [0.976 77238 8, 1.0215 67164] [0.999 96500 8, 1.0000 00001]

THEOREM 4.1 (INTERVAL NEWTON-MOOREMOHD’S METHOD)

f : D  R  R is a given 1 ˆ ˆ  D is an open mapping; (2) f  C D where D and interval; (3) f : I D   I R  If (1)

f ' : I D   I R 

k NMM



k 

k 



k 

1

1

 

are

continuous

inclusion

and (b)

k 1

k M

    (4.10) k  0 

k  1 where  y k    with

k 

x NMM

k

k  0 .

PROOF The proof is very straightforward and therefore is ommited from this part. Furthermore, in the next few sections, we will show how to derive several modifications of Hansen’s method for obtaining more better results for the case 0  f ' x  . 5. NEWTON-HANSEN-MOHD’S FIRST METHOD In this section by considering the case where

    for the current interval,

0 f' x

k

x

k 

, we will

modified the method which has been derived by Hansen ([2]). k 

If we replace x m

    ) in c   and

( m x

k

k m

d mk  defined by Hansen (see Section 3) with x Ik  , the infimum of the current interval, x

  d    x    f x    / v

k 

, we then obtain

c Ik   x Ik   f x Ik  / u k

k

I

and

k

I

I

(5.1)

     u ,v for u  0 and v  0

where 0  f ' x

k

k 1,1

. Therefore, by (3.4) we obtain x I  k 1,2 

y  x such that f  y   0 ; (6) f  x   0 where x  x I , x m  m x , x S  , then

xI

.

0 

     

exists



k 

w x NMM  w x NMM

xI

y  x NMM  y I  y m  y S  x

 k 1

x    is

x NMM  x NMM

(a)

0 

f and of f ' respectively; (4) x  I D  and 0  f ' x  ; (5) there

4

k 

x NMM  x

monotonic interval extensions of





f' x

1

and also can be obtained by second part of (4.9) as the interval to be considered in the next iteration for finding the zeroes of f : R  R . In Table 4.1, we list the results for 3 iterations as illuatration.

ni te r 0



 k 1

  i  I ,m, S   

f xik 

k 

y i  xik  

x NMM  y I  y m  y S  x NMM

Finally, by (4.3) we have 1

The proof is very straightforward and therefore is ommited from this part.

Theorem 4.2

Due to intersection with x

1

PROOF and

 k 1

   0 we have

and

k 

where for f x I



 c k  , x Sk   I 

  k 

and for f x I

 u  0  c    x    u  0  u  0  x    c    k

I

k S

k S

(5.2)  0 we have


k

I

 k 1

xI

 f x     0   f x     0  v  0  d  x  c   , x     x   , d        v  0  v  0  x  d  3.1. if d    c   k



k 

k 

 d , xS  I 

k 

k 

I

S

k

k S

k

k S

I

 

 c Ik  , x Sk  y   k  k   d I , xS



I

k





k

 c Ik  and x Ik   d Ik  . k

k m

k 

, we then obtain

k S

and

k S

 k 1,1

k

I

(5.6)

 v  0  x    d    v  0  v  0  d    x    k S

k S

k

I



k

I



k 

where d S

k S

  f x     0   f x     0 k S k S





k

I

k 

(5.8)



k 0 k  k  k  k  1. Compute c I , c S , d I , d S ,

    and f x   

2. Compute f x I 3. case true of

k

k S

!

Case

3,

I

:

!

Case

4,

 d Sk 



k S

k S

k

k 

I

k S

 c Sk 

then 3.4.1. x NHM 1   else k  k  3.4.2. x NHM 1  d I , c S



I

By finding the intersection between intervals given by (5.4) and (5.8), we obtain four cases mentioned in the following algorithm.

Data : x

k 

k

k

 x Sk  and c Sk   x Sk  .

Algorithm NHM1

:

k S

I

k S

Therefore I have

 

k

 f x     0   f x     0 d   , x     x   ,c   

 u  0  x    c    u  0  u  0  c    x   

(5.7)

 x Ik  , d Sk  y   k  k   x I ,c S

k S

3.4. if d I

     0 we have

 x k  , c Sk   I 

I k S



k

 k 1

2,

then 3.3.1. x NHM 1  

 k 1,2 

and for f x S

xS

I

else k  k  3.3.2. x NHM 1  d I , d S

I

Case

 c Sk 

3.3. if d I

k

xS

k 

   f x     0   f x     0 d   , x     x   , d   

and x S

     0 we have

k

!

else k  k  3.2.2. x NHM 1  c I , c S

where for f x S



:

k S

then 3.2.1. x NHM 1  

(5.5)

Therefore, from (3.4), we obtain x S

 x k  , d Sk   I 

k

k

  d    x    f x    / v

c Sk   x Sk   f x Sk  / u

k 1

k S

3.2. if c I

k m

defined by Hansen (see Section 3) with x S , the k 

k S

I

    ) in c   and d  

supremum of the current interval, x

1,

k

I

( m x

Case

I

   f x     0   f x     0 c   , x     x   ,c   

(5.4)

k

k 

!

else k  k  3.1.2. x NHM 1  c I , d S

k

I

If we replace x m

k S

I

I

:

k S

then 3.1.1. x NHM 1  

  f x     0   f x     0 

k 

where x I

k

k S

(5.3) Therefore I have

k S

I



default : 3.5. write error message 3.6. halt 4. RETURN. By this way of doing, we have improved the NewtonHansen’s method. Therefore, we have a new method called Newton-Hansen-Mohd’s First Method (NHM1’s method) which consists of generating the sequence

x    from Algorithm NHM1. k NHM 1

The following Lemma is proven. LEMMA 5.1 (INTERVAL NEWTON-HANSENMOHD’S FIRST METHOD)

f : D  R 1  R 1 is a given 1 ˆ ˆ  D is an open mapping; (2) f  C D where D and interval; (3) f : I D   I R  If (1)

f ' : I D   I R 

 

are

continuous

inclusion

f and of f ' respectively; (4) x  I D  and 0  f '  x  ; (5) there monotonic interval extensions of


5

y  x such that f  y   0 ; (6) f  x   0 where x  x I , x S , then y  x NHM 1 where x NHM 1

exists

      0   f x     0 : From x  d   , c    , we have that f x    f x    d    x    x    c 

Case 4 f x I

k

k

I

6. THE CONVERGENCE OF NHM1’S METHOD We will discuss the convergence of the extended interval Newton-Hansen-Mohd’s First Method (NHM1) by considering four cases mentioned in Algorithm NHM1 as follows.

      0   f x     0 : From x  c   , d    , we have that f x    f x          c x  x   d  k S

k

NHM 1

k S

I

k

k

k

I

k S

I

I

u

k S

k S

v

which can be simplified as

 

 

f x S k  f x I k  k    x Sk   x Ik   w x v u

or

 

f x Sk  v

 

f x Ik 



 

  

wx

u

(6.1)

k 

Case 2 f x I

S

k

NHM 1

k S

I

k

k

k

I

k S

I

I

u

k S

k S

u


 

 

f x Sk  f x Ik  k    x Sk   x Ik   w x u u

or

 

 

k 

f xS u

f xI



u

 

  

wx

k

k

I

k

I

(6.2)

k S

k

I

 

I

k S

v


 

 

k S

k S

v

f x Sk  f x Ik  k    x Sk   x Ik   w x v v

  v

(6.3)

6



 

f x Ik 

 

u

 

wx

u

 

 

or

 

f x Sk  u

 

f x Ik 



v

  

wx

k

(6.4)

The following theorem is proven. Theorem 6.1 Suppose that the hypotheses (1) – (6) in Lemma 5.1

   k

is generated from are valid. Also suppose that x Algorithm NHM1. Then all the equations (6.1) – (6.4) are valid with respected cases as mentioned in Algorithm NHM1.. Now, let f : D  R  R be a given mapping 1

k 

1

 

ˆ  D is a given interval. ˆ where D with f  C D 1

Let f : I D   I R  and

f ' : I D   I R  be

continuous inclusion monotonic interval extensions of

f , and f ' respectively. Let x

0 

 

ˆ be given I D

and suppose that there exists y  x

0 

such that

 . Then by Lemma

f  y   0 and that 0  f ' x

5.1 for the case 1

0 

 f x     0   f x     0 we 0

0 S

I





1

y  c I0  , d S0   x NHM 1

Clearly, by inspection, we have 1

0 

y  x NHM 1  x . Suppose that, for some k 

 k 1

k  1,

 

y  x NHM 1  x NHM 1 and 0  f ' x NHM 1 k

Then by Lemma 5.1, for case 1





 k 1

y  c Ik  , d Sk   x NHM 1 whence

(6.5)

 k 1

k 

y  x NHM 1  x NHM 1

or

f x Sk 

k S

f x Sk  f x Ik  k    x Sk   x Ik   w x u v

k S

NHM 1

k

v


k

      0   f x     0 : From x  d   , d    , we have that f x    f x    d    x    x    d 

Case 3 f x I

I

have

k 

k S

k S

I

k

    0   f x   0 : From x  c   , c   , we have that f x    f x          c x  x   c  k 

k S

I

k

k

k

k S

NHM 1

is produced by Algorithm NHM1.

Case 1 f x I

k

So by induction

 k 1

k 


k  0

By (6.5) and Theorem 6.1, we have


     x    f x    

 f x Sk   k 1 w x NHM 1   x Sk   v 





k

k

   

 

I

I

 

u

 

 f x Sk  f x Ik     x Sk   x Ik     u   v  f x Sk   f x Ik    k  k    x S  x I      v u    k  k   x S  x I 







k 

 w x NHM 1

Since the number of zeroes of f in x only a finite number of intervals

   

 k 1

k

and

  k

k  0

So

k S

 



Therefore k     x k   f x I  I u 

k NHM 1

S

 

 0 k   

  y  k      

  

which is equivalent to k 

x NHM 1  y

   y   0 k      

as the width of

Theorem 6.3 Suppose that all the hypotheses in Theorem 6.2 are valid. Then there exists K  0 such that

where nk

Theorem 6.2 Suppose that the hypotheses (1) – (6) in Lemma 5.1

    is generated from

k  0 and (b)

k

 k 1


    k 1

k 

x NHM 1  y k    with k 

k  0 .

w x NHM 1  w x NHM 1 k

(6.6) Clearly from Algorithm NHM1, if NHM1’s method is applied to the current interval

k 

k 

x NHM 1 approaches zero. Therefore the

total width of all remaining intervals approaches zero as k   . We have proven the following theorem.

We have proven the following result

Algorithm NHM1. Then (a)

k 

wk  

k   .

are valid. Also suppose that x

x  x NHM 1 such that f '  x   0 . We

know that the probability of this happening decreases

  

 f x Sk   y ,  x Sk     v  

 

Hence it is possible that 0  f ' x NHM 1 even though there is no point

k 

  

k NHM 1

k

  f xS  y     x Sk     v   

k    x k   f x I  I u 

k NHM 1

v

   

  

  max 

k

   y  x    f x 

k  k     x k   x k    f x S  f x I I  S  v u  

Hence

    is generally larger than the true    where range f ' x     f ' x | x  x    (6.7) f ' x interval f ' x NHM 1

k 

f xI u

and



k

widths go rapidly to zero. However, the computed

k 

x Ik  

x NHM 1 can contain a

of f should be such that 0  f ' x NHM 1 , but their

k  

w x NHM 1  0

is finite then

k 

 

k  0

k 

0 

zeroes of f and their total length approaches zero as k  . The remaining intervals which do not contain a zero

w x NHM 1  w x NHM 1 y  x NHM 1  x NHM 1

Therefore, for sufficiently large k, all the remaining intervals are of arbitrarily small width. If we can show its width approaches zero then the convergence of NHM1’s method can be proved. We have assumed that f has a finite number of 0 

Therefore , we have Also

 k 1

x NHM 1 which satisfies Condition (6.6).

zeroes in the initial interval x . Let  denotes the smallest distance between any two distinct zeroes. Assume that after the kth iteration all the subintervals have widths less than . This is true since each remaining subinterval becomes artibrarily small.



k 1

an interval

x NHM 1 we then obtain

k  K 

 

wk   w x iNHM 1i ,

 0

i 1

k

is arbitrary, and n k is the number of intervals

at the kth iteration. Example 2 Let f : R  R be defined by f  x   x

2

on

x   0.5,2.5 . Clearly that x I  0.5 , x m  m x   1 , and x S  2.5 . The equation (5.1)

the interval

and (5.7) are used since

0  f '  0.5,2.5   1.0,5.0 .


7

Through the computation, in the first iteration we have the results shown in Table 6.1.

Table 6.1 : First iteration results for H and NHM1 methods First Iteration x

x   0.5,2.5

 0.5,0.8  2,2.5 w x H   1.3  0.5  1.8

Width of the solution interval

In the second iteration, Hansen’s method will examine the interval  0.5,0.8 only wheather





its contains zero of f or not since for its second interval

the

case

x NHM 1

H

0  f ' 2 ,2.5  4 ,5.0

is

satisfied. Therefore, we will use the other method for

 0.25,1.25 wx NAM 1   1.5

the case 0  f '  x  . However, the interval

needed to examine wheather its contains zero of f or not and therefore, its stills a part of Hansen’s method. Whereas for NHM1’s method, the computation only continues with interval x NAM 1   0.25,1.25 . The



 0.5,0.1359375  0.1725,0.8  0.025,0.625

x NHM 1   0.025,0.625

 0.5,0.303908495 

Width

w x H   1.2634375 w x NHM 1   0.650

If we continue the computation, we will obtain the results shown in Table 6.3. Table 6.3 : Third iteration results for H and NHM1 methods Third iteration Solution interval

x H   0.5,0.1359375



both results are given in Table 6.2.

Table 6.2 : Second iteration results for H and NHM1 methods Second iteration Solution interval

x H   0.5,0.8 x NHM 1   0.25,1.25

2,2.5 is

Width

w x H   0.480924879

 0.148895874,0.1359375  0.0125,0.3625

w x NHM 1   0.3750

Table 6.4 : Fourth iteration results for H and NHM1 methods Fourth iteration Solution interval

Width

x H   0.148895874,0.1359  0.148895874,0.006633595 w x H   0.2845330964   0.006333318105,0.13593 x NHM 1   0.0125,0.3625

 0.00625,0.18125

w x NHM 1   0.1825

(NHM2) from which we can reduce the size of the said solution result. We do as follows. According to the results produced by Example 2, the beginning NHM1’s method is better than H’s method, but after a few iteration H’s method is better than NHM1’s method since the width of the interval to be processed by H’s method, is smaller compared to NHM1’s method. However, more labours are needed by H’s method compared to NHM1’s method since H’s method always produces two disjoint intervals while not by NHM1’s method. 7. NEWTON-HANSEN-MOHD’S SECOND METHOD In order to reduce a solution interval with less width, in this section, we will show how to use (3.9), (5.4) and (5.8) for obtaining another new method socalled Newton-Hansen-Mohd’s Second Method

8

Let

x

k 





 x Ik  , x Sk  is a current interval, and

     u ,v . If u  0 , v  0 , and u  0  v 

f' x

k

, define

  d    x    f x    / v , c mk   x mk   f x mk  / u , k m

k m

k m


   

c Ik   x Ik   f x Ik  / u , d Ik   x Ik   f x Ik  / v , and

Case

      d  x  f x    / v

 .

k 

xm  m x

where

k 

k S

xH

 

   

 x Ik  , d mk   c mk  , x Sk    k  k  k  k   x I ,cm  d m , x S

  f x     0   f x     0

Case

8

I

xI

 

  f x     0   f x     0

 

 x k  , d k    Ik  Sk   x I ,c S

NHM 2

k

I

I

k S k S

(7.3)

 f x     0   f x     0   f x     0 : x  x   , d     c   , x     c   , c   

2

Case

 f x     0   f x     0   f x     0 : x  x   , d     c   , x     d   , d   

3

Case

 f x     0   f x     0   f x     0 : x  x   , d     c   , x     d   , c   

4

Case

5

k m

k S

k m

k m

k S

k

k m

k m

I

k m

I

k

I

k

k m

k S

k m

then k  k  1.1.1.1. x NHM 2  c I , d S



else k  k  1.1.1.2. if d S  c m



k S

k

I

k

I

k

NHM 2

I

k m

k m

k S

k

I

k S



then



k 

k 

1.1.1.2.1. x NHM 2  c I , d m else 1.1.1.2.2.





k 

 

1.2. c I

k 

 cm



:

k 

1.2.1. if d S

 c mk 







else



k 

k 



k 

1.2.1.2. x NHM 2  c m , d S



k 

k 

1.3. default : ! c m  c I



k 



1.3.1. x NHM 2  c I , d S



2. return. For illustrating the NHM2’s algorithm, let us consider Example 3 as afollows.

k S

k S



then 1.2.1.1. x NHM 2  

k S

 f x     0   f x     0   f x     0 : x  x   , c     d   , x     c   , d    k m

k 

k 

    d   :   1.1.1. if d  d 

k S

k S

I

k m

k

k S

k

k 

x NHM 2  c Ik  , d mk   c mk  , d Sk 

k S

k S

I

k m

k

I

k S

I

k m

NHM 2

k m

k

k

k S

1. case true of

Case

k m

k 

k 

k 

k S

I

k

k

I

Although the above cases look complicated, I have an algorithm to simplify the computation as given in the following.

1.1. c I

k

I

k S

k 0

  f x     0   f x     0

k m

NHM 2

S

k m

Data : c m , d m , c I , d I , c S , d S , and

 f x     0   f x     0   f x     0 : x  x   , d     c   , x     c   , d   

I

k S

k 

k m

Algorithm NHM2

(7.2)

k

I

1

NHM 2

k

I

I

Case

k

k S

k 

have eight cases as follows.

I

k m

k 

since all the intervals produced by (7.1), (7.2) and (7.3) are independent. Therefore, if the interval x NHM 2   , then we will

NHM 2

S

k m

I

k S

k 

I

k

k

By intersection all the intervals given in (7.1), (7.2), and (7.3), we might obtain a more narrow interval called x NHM 2 which might contain the zeroes of f

k

k

I

k 

m

and at the supremum, as  k 1

k S

 f x   0   f x   0   f x   0 : x  x   , c     d   , x     d   , c   

k m k m

Also by the above same assumption, the solution set of NHM1’s method at the infimum, can be written as

 c Ik  , x Sk    k  k   d I , xS

k m

k 

NHM 2

 k 1

S

k m

m

(7.1)

xS

 f x   0   f x   0   f x   0 : x  x   , c     d   , x     d   , d   

7

NHM 2

k S

k 

I

k

From (3.9), by assuming the Hansen’s solution set always contains a zero of f , we can write k 1

Case

k 

m

c Sk   x Sk   f x Sk  / u , k S

 f x   0   f x   0   f x   0 : x  x   , c     d   , x     c   , c   

6

k 

Example 3

Let f : R  R be defined by f  x   x on the 2

interval

x   0.5,2.5 . Clearly that x I  0.5 ,


9

x m  m x   1 , and x S  2.5 . The equation (3.9),

Through the computation, in the first iteration we have

Algorithm NHM1 and Algorithm NHM2 are used since

0  f '  0.5,2.5   1.0,5.0 . Table 7.1 : First iteration results for H, HI, HS, NHM1, and NHM2 methods for current interval First Iteration x x x x x

x   0.5,2.5

H

HI

HS

1.8

2.7

1.75

x

NHM 1

NHM 2

1.5

1.05

 0.5,0.8  2,2.5  0.25,2.5  0.5,1.25  0.25,1.25  0.25,0.8

Width

8. THE CONVERGENCE OF NHM2’S METHOD If the intersection

x H  x HI  x HS  

or

x H  x NHM 1  

cases 0  f '  x  and 0  f '  x  , is always superior than NH’s method for computing and bounding the zeroes of of a once continuously differentiable function f : D  R  R mathematically and numerically.

(8.1) where the initial interval to be processed is believed to contain the zero(es) of f , then

x NHM 2  x H  x NHM 1

(8.2)

should contains the zero(es) of f . As discussed in the previous sections that we knewn that also know that both x H and x NHM 1 are obtained from methods which converge to their respected solutions. Therefore, by (8.2), automatically the Algorithm NHM2 can be said to converge to the target solution. By this way of argument, NHM2’s method is a globally convergent method. 9. DISCUSSION In Example 1, we have shown how the method called Newton-Hansen-Mohd’s method (NHM’s method) can be employed to obtain the better result compared to Newton-Hansen’s method (NH’s method) for computing and bounding the real zero of a once continuously differentiable function f : R  R on a given interval. However, from the nature of development of NHM’s method and is supported by the formulae (4.4), we can say that NHM’s method is always superior than NH’s method for the case 0  f ' x  where x is a current interval.

REFERENCES G. Alefeld, and J. Herzberger, Introduction to Interval Computations, Academic Press, New York, 1983. E. R. Hansen, 1978, A Globally Convergent Interval Method for Computing and Bounding Real Roots, BIT, 13, pp. 415 – 424 E. R. Hansen, 1978b, Interval Forms of Newton’s Method, Computing, 20, pp. 153 - 163. I. B. Mohd, 1987, The Comparison Between Hansen’s Method and Alefeld’s Method for Computing and Bounding Real Zeros of a Class of Functions with One Variable, Pertanika, 10(1), pp. 89 – 95. I. B. Mohd, 1995, Computable Error Bounds for an Optimization Problem with Parallelepiped Contraint, Journal of Computational and Applied Mathematics, 58, pp. 183 – 192. R. E. Moore, Interval Analysis, Prentice-Hall, 1966. R. E. Moore, Methods and Application of Interval Analysis, SIAM Publications, Philadelphia, 1979.

According to the Example 2, the Newton-HansenMohd’s First method is comparable to the NewtonHansen’s method for the case 0  f '  x  where x is a current interval . Fortunately, through Algorithm NHM2 and is supported by Example 3 as illustration, the NewtonHansen-Mohd’s Second method is always superior than NH’s method for the case 0  f '  x  where x is a current interval. 10. CONCLUSION Clearly, from the above discussions and numerical results, we might say that the NHM’s method for both

10


PENERAPAN KONTROL OPTIMAL UNTUK PENGENDALIAN PENYEBARAN PENYAKIT TUBERKULOSIS 1

Ahmadin1* Departemen Matematika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga *Email: [email protected]

ABSTRACT Tuberculosis is caused by Mycobacterium Tuberculosis. The disease is still one of the major killer of humans. The objective of this research is to apply optimal control to minimize the number of individuals infected by treatment with minimal cost by using the Maximum Principle Pontriyagin. From the results of the numerical simulation, shows that the control of treatment are very significant to reduce the number of individuals who are infected of tuberculosis. Keywords: optimal control, tuberculosis, treatment PENDAHULUAN Tuberkulosis (disingkat TB) adalah penyakit menular mematikan yang disebabkan oleh Mycobacterium Tuberculosis (MTB) (Tewa et al., 2012). Pada saat ini terdapat sekitar sepertiga penduduk dunia terjangkit penyakit TB, namun hanya sebagian kecil sekitar 10% individu yang tergolong penderita TB aktif (Hatta et al., 2009). Pada dasarnya penyakit TB menyerang paru-paru (TB paru), tetapi juga dapat mempengaruhi sistem saraf pusat, sistem peredaran darah, sistem genital-kencing, tulang, sendi dan bahkan kulit. Tuberkulosis dapat menyebar melalui batuk, bersin, berbicara, mencium atau meludah dari penderita TB aktif (Tewa et al., 2012). Saat ini, sekitar 95% dari 8 juta kasus baru TB yang terjadi setiap tahun di negara berkembang, di mana 80% terjadi di antara orang berusia antara 15-59 tahun (Agusto, 2009). Saat ini, Indonesia merupakan salah satu negara pemasok penderita TB terbesar di dunia setelah Cina dan India. Indonesia juga menjadi salah satu negara dengan tingkat penularan yang tinggi. Laporan WHO tentang angka kejadian TB evaluasi selama 3 tahun dari 2008, 2009, 2010 menunjukkan bahwa kejadian TB Indonesia mencapai 189 per 100.000 penduduk. Secara global, angka kejadian kasus kejadian TB 128 per 100.000 penduduk. Data ini menunjukkan bahwa kasus TB berada di sekitar kita (Syam, 2012). Keterlibatan semua pihak dalam pengendalian TB sangat penting. Pengendalian suatu penyakit atau suatu masalah kesehatan hanya mungkin berhasil jika pemerintah melibatkan semua pihak bersama seluruh lapisan masyarakat (Sedyaningsih,2012). Pengobatan antibiotik untuk pasien TB aktif memerlukan waktu yang lebih lama dan biaya lebih tinggi dari TB sensitif (Jung et al., 2002). Dari sini diperlukan perencanaan dan penanganan yang matang. Oleh karena itu, perlu dipikirkan cara yang efektif untuk menanggulangi penyebaran penyakit TB, salah satunya dengan pemodelan matematika. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menguji sejauh mana efek pengobatan terhadap penderita TB dengan menerapkan teori kontrol optimal. METODE PENELITIAN Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Software Maple dan Matlab.

Adapun Langkah-Langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Kajian Literatur Pada tahap ini akan dilakukan studi pendahuluan berupa kajian literatur tentang model dinamik penyakit TB dan sistem kontrol pada model penyakit TB. 2. Pemodelan Matematika Penyebaran Penyakit TB Kegiatan pada tahap ini adalah menentukan asumsi-asumsi dan menformulasikan model dinamika penyebaran penyakit TB dengan memperhatikan asumsi-asumsi yang telah ditentukan. 3. Penerapan Kontrol Optimal pada Pengendalian Penyebaran Penyakit TB Kegiatan pada tahap ini adalah penerapan teori kontrol optimal untuk menekan tingginya biaya obat dalam rangka meminimalkan jumlah individu yang sakit TB. 4. Simulasi Numerik Pada tahap ini akan dilakukan simulasi numerik untuk melihat sejauh mana efek pengobatan dalam mengurangi individu yang sakit (terinfeksi) TB dengan menggunakan software Matlab. HASIL DAN PEMBAHASAN Formulasi Model dengan Kontrol Pada penelitian ini, penulis memodifikasi model tuberkulosis yang telah dikembangkan oleh Tewa et al (2012) . Diasumsikan model Tuberkulosis SIR dengan faktor migrasi pada populasi manusia yang rentan dan penularan tidak terjadi selama proses migrasi. Model ini terdiri dari dua sub-populasi yang besar. Setiap sub-populasi dibagi menjadi tiga kelas berdasarkan status epidemiologinya: individu yang rentan tertular tuberkulosis ( S i ) , individu yang terinfeksi tuberkulosis

( I i ) , dan individu yang sembuh

( Ri ) . Rekrutmen di setiap subpopulasi hanya di kelas rentan dengan laju konstan  i , dengan i  1, 2 .

dari tuberkulosis

Kematian alami sebanding dengan ukuran populasi terjadi dengan laju konstan i . Angka kematian

tambahan

karena


penyakit

TB

hanya

11

mempengaruhi kelas

I i dan memiliki laju konstan d i .

Penularan/penyebaran penyakit TB terjadi setelah kontak yang memadai antara individu yang rentan dan individu yang terinfeksi di setiap sub-populasi. Dalam setiap satuan waktu, individu yang rentan memiliki rata-rata kontak  i I i yang akan cukup untuk menularkan penyakit. Dengan demikian laju di mana rentan terinfeksi adalah  i Si I i . Untuk sejumlah

pengobatan (u ) dilakukan terhadap individu yang terinfeksi dengan laju kesembuhan karena pengobatan adalah konstanta  i . Sedangkan laju kesembuhan alami adalah konstanta

 i , dengan i  1, 2 .

Pada bagian ini akan diberikan formulasi model tuberkulosis dengan kontrol berupa pengobatan terhadap individu yang terinfeksi. Dalam hal ini 0  u  1.

Diagram transmisi model penyebaran penyakit TB dengan migrasi pada dua sub-populasi (wilayah) dapat dinyatakan sebagai berikut:

Gambar 1. Diagram Transmisi Penyakit Tuberkulosis dengan Kontrol Berdasarkan asumsi dan diagram transmisi di atas dapat dibuat suatu model penyebaran penyakit tuberkulosis dengan kontrol dalam bentuk sistem persamaan diferensial sebagai berikut:

S1  1  1S1 I1  1S1  a1S1  a2 S 2  I1  1S1 I1  (u1   1 ) I1  ( 1  d1 ) I1 R  (u   ) I   R  1 1 1 1 1 1  S 2   2   2 S 2 I 2   2 S 2  a2 S 2  a1S1 I   S I  (u   ) I  (   d ) I 2 2 2 2 2 2 2 2 2  2 R 2  (u 2   2 ) I 2   2 R2

u * sehingga: J (u * )  min J (u ) ,

optimal

dengan   {u 0  u  1} (1)

tf

12

(3)



Adapun penerapan kontrol optimal dalam penelitian ini adalah untuk meminimalkan jumlah individu yang sakit melalui pengobatan dengan ongkos seminimal mungkin. Strategi kontrol optimal tersebut dapat dicapai dengan meminimumkan fungsi objektif berikut ini: Fungsi objektif didefinisikan dengan:

1   min J (u )    I1  I 2  cu 2  dt 2  t0 

dengan c adalah konstanta pembobot untuk usaha pengobatan. Dengan demikian, semakin besar nilai dari c akan semakin mahal biaya implementasi untuk pengobatan.Oleh karena itu, akan ditentukan kontrol

(2)

Kita akan menggunakan metode Prinsip Maksimum Pontryagin untuk menyelesaikan masalah kontrol optimal tersebut. Analisis Model dengan Menerapkan Kontrol Optimal Pada bagian ini akan dianalisis model penyebaran penyakit tuberkulosis dalam populasi dengan menerapkan kontrol optimal. Perhatikan kembali fungsi objektif (2) terhadap model (1). Syarat *

cukup untuk menentukan kontrol optimal u sehingga memenuhi kondisi (3) dengan kendala (1) akan diselesaikan dengan Prinsip Maksimum Pontriyagin (Naidu,2002). Prinsip ini adalah mengkonversi persamaan (1) - (3) menjadi masalah meminimumkan fungsi Hamiltonian H terhadap u yakni:


1 2 cu 2   S1 (  1   1 S1 I1  1 S1  a1 S1  a 2 S 2 )

Karena

H  I1  I 2 

1   2 , Jika 0  1   2  1  u  0, Jika 1   2  0 1, Jika     1 1 2 

(4)

  R1 ((u 1   1 ) I1  1 R1 )

*

  S 2 (  2   2 S 2 I 2   2 S 2  a 2 S 2  a1 S1 )   I 2 (  2 S 2 I 2  (u  2   2 ) I 2  (  2  d 2 ) I 2 )   R2 ((u 2   2 ) I 2   2 R2 ).

dengan

1 

dan

2 

Persamaan state dapat diperoleh dari:

   S  I  R  S  I  R

dengan

1

1

1

2

2



t

2

adalah variabel co-state. Persamaan statenya adalah: S1  1  1 S1 I1  1 S1  a1 S1  a2 S 2   I1  1 S1 I1  (u1   1 ) I1  ( 1  d1 ) I1  R  (u   ) I   R  1 1 1 1 1 1  S 2   2   2 S 2 I 2   2 S 2  a2 S 2  a1 S1  I   S I  (u   ) I  (   d ) I 2 2 2 2 2 2 2 2 2  2  R 2  (u 2   2 ) I 2   2 R2 Persamaan co-state dapat diperoleh dari:

H t , dengan x  S1 I 1 R1 S 2 I 2 R2  . x

  

Dari sini persamaaan co-statenya dapat ditulis sebagai:

S  S ( 1 I1  1  a1 )  I 1 I1  S a1 1

1

1

2

I1  1  S1 1 S1  I1 ( 1 S1  u1   1  1  d1 )   R1 (u1   1 )) 1

S2  S 2 (  2 I 2   2  a2 )  I 2  2 I 2  S1 a2   1    S   (  S  u I2

S2

2

2

I2

2

2

dengan syarat akhir : 1

1

S (t f )  0, I (t f )  0, R (t f )  0 2

2

2

syarat stasioner diperoleh:

H 0 u H  cu  I11 I1  R11 I1 u  I 2  2 I 2  R2  2 I 2  0  u

1 I1 c

(I1  R1 ) 

2I2 c

(I 2  R2 )

c

(I 2  R2 ) .

dengan

 S ,  I ,  R , S ,  I ,  R 1

1

1

2

2

2

merupakan

solusi dari persamaan co-state . *

Selanjutnya substitusikan kontrol optimal u yang telah diperoleh pada sistem state dan sistem costate sehingga diperoleh sistem yang optimal. Simulasi Numerik Pada bagian ini ini akan diberikan simulasi numerik untuk model tanpa kontrol dan dengan kontrol optimal untuk meminimalkan jumlah individu yang sakit TB.

u

Pengobatan (kontrol ) diberikan pada sub-populasi pertama dan sub-populasi kedua yang terinfeksi TB. Pada simulasi ini digunakan syarat awal

S1 (0)  4100, I1 (0)  7, R1 (0)  4, S 2 (0)  4110, I 2 (0)  8, R2 (0)  4 t akhir  10 .

Satuan

waktu yang digunakan pada simulasi ini adalah tahun. Parameter yang digunakan dalam makalah ini merujuk pada [1] yang diberikan pada tabel berikut. Tabel 1. Nilai-nilai parameter

2

1

2I2

(I1  R1 )

u *  minmax0, 1   2 , 1 ,

Parameter

R   R  2

S (t f )  0, I (t f )  0, R (t f )  0,

c

(5)

Bentuk (5) dapat ditulis secara ringkas menjadi:

2

  2   2  d 2 )   R2 (u 2   2 ) 2

1 I1

dan bobot kontrol c  100 ,

R  R 1 1

u adalah 0  u  1 , maka

nilai

diperoleh:

  I1 (  1 S1 I1  (u 1   1 ) I1  ( 1  d1 ) I 1 )

H x  , 

batas

Sedangkan

1 2 a1 a2

1 2 1 2 d1 d2

1 2

Nilai. 100/yr 110/yr 0.5/yr 0.5001/yr 0.019896/yr 0.019897/yr 0.8182/yr 0.8183/yr 0.0575/yr 0.05751/yr 0.001/yr 0.0007/yr


13

2 1 2 2

0.15yr

5000

0.2/yr

Tanpa Kontrol Dengan Kontrol

4500

0.15yr 0.15yr

u akan Pada bagian ini, pengobatan digunakan sebagai strategi kontrol optimal dengan menggunakan metode Prinsip Maksimum Pontriyagin, sehingga diperoleh bentuk kontrol u pengobatan seperti yang diberikan pada Gambar 2.

M a n u s ia T e rin f e k s i d i W ila y a h 2

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

1 u

500

0.9

0

0.8

0

1

2

3

P ro fil K o n tro l

0.7

7

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

Gambar 2. Profil kontrol optimal

9

10

10

4500

u

Tanpa Kontrol Dengan Kontrol

4000

3500 Tanpa Kontrol Dengan Kontrol

3000

3500 M a n u s ia S e h a t d i W ila y a h 1

Berdasarkan Gambar 2 terlihat bahwa pengobatan u sangat efektif untuk mengeliminasi penyakit tuberkulosis dalam kurun waktu 10 tahun, sehingga dalam kurun waktu tersebut penderita harus diberi pengobatan u secara intensif dan bisa dikurangi setelah tahun ke-8.

M a nu s ia T erin fek s i d i W ila y a h 1

8

Gambar 4. Dinamika sub-populasi terinfeksi I 2 Dari Gambar 3 dan Gambar 4 terlihat bahwa pada sub-populasi 1 (wilayah 1) dan sub-populasi 2 (wilayah 2) banyaknya individu yang sakit semakin berkurang dengan adanya pengobatan u . Hal ini berarti pengobatan u cukup efektif untuk mengurangi jumlah individu yang sakit TB pada wilayah 1 dan wilayah 2.

0.6

0

4 5 6 Waktu (Tahun)

3000 2500 2000 1500 1000 500

2500

0 2000

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

10

Gambar 5. Dinamika sub-populasi sehat S1

1500

1000

500

0

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

10

Gambar 3. Dinamika sub-populasi terinfeksi I1

14


4500


4000

Tanpa Kontrol Dengan Kontrol 2000 M a n u s ia S e m b u h d i W ila y a h 2

M a n u s ia S e h a t d i W ila y a h 2

3500 3000 2500 2000 1500 1000

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

10

0

Gambar 6. Dinamika sub-populasi sehat S 2 Begitu juga dari Gambar 5 dan Gambar 6 terlihat bahwa dengan adanya pengobatan u jumlah individu yang sehat pada sub-populasi 1 dan subpopulasi 2 semakin bertambah sehingga dapat dikatakan bahwa pengobatan u cukup efektif untuk meningkatkan manusia yang sehat pada kedua subpopulasi.


4000

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

10

Gambar 8. Dinamika sub-populasi sembuh R2 Dari Gambar 7 dan Gambar 8 terlihat bahwa pada sub-populasi 1 dan sub-populasi 2 banyaknya individu yang sembuh semakin bertambah dengan adanya pengobatan u . Hal ini berarti pengobatan u cukup efektif untuk meningkatkan jumlah individu yang sembuh dari TB pada kedua sub-populasi. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil pembahasan, dapat disimpulan bahwa: 1. Dari hasil analisis model tuberkulosis dengan kontrol optimal, diperoleh bentuk kontrol optimal u *  minmax0, 1   2 , 1 ,

5000

M a n u s ia S e m b u h d i W ila y a h 1

1000

500

500 0

1500

3500 3000 2500

dengan

1 

dan

2 

2000 1500

1 I1 c

2I2 c

(I1  R1 ) (I 2  R2 ) .

1000

2.

500 0

0

1

2

3

4 5 6 Waktu (Tahun)

7

8

9

Gambar 7. Dinamika sub-populasi sembuh

10

R1

Dari hasil simulasi numerik, diperoleh bahwa pemberian kontrol berupa obat dapat mengurangi jumlah individu yang terinfeksi tuberkulosis pada kedua sub-populasi dengan biaya seminimal mungkin.

SARAN Dalam penelitian ini hanya memperhatikan faktor migrasi pada manusia yang rentan (susceptible). Oleh karena itu, pada penelitian selanjutnya dapat dikembangkan model penyebaran penyakit tuberkulosis dengan memperhatikan faktor migrasi manusia yang terinfeksi (infected). Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Fatmawati atas masukan dan bantuannya dalam penulisan makalah ini.


15

Daftar Pustaka Tewa,J., Bowong, S., dan Mewoli, B., 2012, Mathematical Analysis of Two-Patch Model for the Dynamical Transmission of Tuberculosis, Journal Applied Mathematical Modelling, 36, 2466-2485 Hattaf, K., Rachik, M., Saadi, S., Tabit, Y., Yousfi, N. 2009, Optimal Control of Tuberculosis with Exogenous Reinfection, Journal Applied Mathematical Sciences,Vol 3, 5, 231- 240 Augusto, F. B., 2009, Optimal Chemoprophylaxis and Treatment Control Strategies of a Tuberculosis Transmission Model, World Journal of Modelling and Simulation, Vol. 5, 3, 163 - 173 Syam, Ari F., 2012, Penyakit Tuberkulosis Ada di Sekitar Kita: http://health.kompas.com/read/2012/03/27/1 0500486/. Sedyaningsih, E. R., 2012, Keberhasilan Upaya Pengendalian TB Ditentukan Oleh Dukungan Semua Pihak dan Seluruh Lapisan Masyarakat, http://www.depkes.go.id/ . Jung, E., Lenhart, S., dan Feng, Z., 2002, Optimal Control of Treatments in a Two-Strain Tuberkulosis Model, Discrete and Continuous Dynamical Systems Series-B, 2, 473-482. Naidu, D.S., 2002, Optimal Control Systems, CRC PRESS, New York.

16


BIOAKUMULASI LOGAM BERAT Pb, Cu DAN Zn PADA BIVALVIA DAN UDANG Di PANTAI KENJERAN SURABAYA Alif Hanifah1*, Agoes Soegianto1, Sucipto Hariyanto1 1 Departemen Biologi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga *Email: [email protected] ABSTRACT The objectives of this study are to determine the bioaccumulation of Pb, Cu and Zn in the bivalves and shrimps from coastal waters of Kenjeran Surabaya, and to evaluate the safe limit of consumption. This study is an observational and heavy metal contents were analyzed using Shimadzu AAS type A7000. The highest Cu concentrations found in shrimp whole body (30.998 mg.kg-1 ) and the lowest in the Solen grandis ( 0.190 mg.kg-1). The highest Zn concentrations found in blood clams (30.771 mg.kg-1 ) and the lowest concentration of Zn in shrimp whole body (6.740 mg.kg-1). Pb concentrations of all samples taken are below the detection limit. The content of Pb and Zn are still below the maximum limits of metal contaminants in food, while the Cu in the shrimp (whole body) above the maximum limit of metal contamination in food. Safe limit of consumption of Cu allowed on the blood clams, mussels, lorjuk, shrimp flesh and the whole body of shrimp per week are 34 Kg, 45 Kg, 44.8 Kg, 13 Kg and 6.7 Kg respectively. And the safe limits of consumption of Zn are 13.6 kg, 22.8 kg, 22.4 kg, 25 kg, and 27.5 Kg respectively. Key words: bioaccumulation, bivalves, shrimp, safe limits of consumption, coastal waters Kenjeran Surabaya PENDAHULUAN Seiring dengan kemajuan dibidang industri semakin berkembangnya kawasan industri di kota besar, jika tidak adanya sistem pengolahan limbah dengan baik, maka akan memicu terjadinya peningkatan limbah pencemaran di perairan pantai dan laut Wilayah pantai menerima sejumlah besar logam dari kegiatan pertanian dan industri. Tanda tanda logam akibat aktivitas manusia dapat ditemukan di laut karena semua limbah dari daratan, baik yang berasal dari pemukiman maupun yang bersumber dari kawasan industri, dan juga dari pertanian pada akhirnya bermuara ke pantai. Kadar logam berat di pantai lebih tinggi daripada di lepas pantai ( Lee et al. 1990). Pantai Kenjeran mempunyai potensi untuk dikembangkan, sebagai kawasan ekowisata. Pada kenyataannya pantai Kenjeran menerima beban pencemaran dari beberapa sumber, salah satunya adalah dari darat. Pencemaran ini terjadi diduga karena banyaknya industri yang membuang limbah B3 ke anak kali yang bermuara ke pantai Kenjeran Surabaya. Pencemaran logam berat merupakan masalah serius karena toksisitas dan kemampuan akumulasinya dalam biota (Islam dan Tanaka, 2004). Logam berat merupakan zat pencemar lingkungan yang berbahaya, sebab tidak dapat terdegradasi dalam lingkungan dan dapat terakumulasi dalam jaringan makhluk hidup. Beberapa tahun terakhir ini telah terjadi transisi epidemiologik, yaitu bergesernya pola penyakit yang sebelumnya didominasi oleh penyakit infeksi, pada saat ini penyakit non infeksi antara lain hipertensi, jantung, diabetes melitus, gangguan fungsi ginjal, kanker, lebih menonjol dibanding tahun-tahun sebelumnya. Logam berat timbal ( Pb ) adalah salah satu zat pencemar lingkungan yang berbahaya, sebab Pb adalah logam non esensial yang tidak dapat terdegradasi dalam lingkungan dan dapat terakumulasi dalam jaringan makhluk hidup, dapat menyebabkan

perubahan konformasi protein, mengubah sifat enzim dan mengganggu sel serta keutuhan organel sel. Tembaga (Cu) dan seng (Zn) merupakan zat yang dibutuhkan dalam tubuh organisme (logam berat esensial) dalam kadar tertentu, apabila Cu dan Zn terakumulasi dalam jaringan dengan jumlah yang tinggi, maka juga dapat mengganggu metabolisme di dalam tubuh. Kerang (Bivalvia) dapat mengakumulasi logam lebih besar daripada hewan air lain karena sifatnya yang menetap, lambat untuk menghindarkan diri dari pengaruh polusi, dan mempunyai toleransi yang tinggi terhadap konsentrasi logam tertentu. Udang merupakan biota laut yang sangat banyak digemari dan dikonsumsi masyarakat karena rasanya lezat dan mengandung nutrisi yang bagus. Karena udang banyak dikonsumsi masyarakat maka perlu untuk mengetahui kadar logam beratnya dan keamanan konsumsinya. Pemantauan yang teratur dan efektif menggunakan spesies sebagai biomonitor diperlukan untuk menilai polutan logam, mendeteksi dini kemungkinan efek negatif yang terduga di lingkungan pantai dekat laut, karena akumulasi dari jumlah kontaminasi logam berat tersebut dapat menyebabkan reaksi toksik disepanjang rantai makanan. Pemantauan tersebut membawa hasil yang bermanfaat untuk kesehatan, dan penilaian resiko lingkungan. Penelitian ini untuk mengetahui kadar logam berat Pb, Cu dan Zn serta batas aman konsumsinya pada kerang darah (Anandara granusa), kerang hijau (Mytilus viridis), kerang bambu/lorjuk (Solen grandis) dan udang putih (Penaeus indicus). METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan pada bulan Desember 2011 – Mei 2012. Sampel diambil dari Pantai Kenjeran Surabaya, dibersihkan untuk menghilangkan lumpur dan kotoran dicuci dengan air bersih. Jaringan lunak dari kerang diambil menggunakan pisau, diukur


17

beratnya. didestruksi basah menggunakan HNO3 dan aquades lalu dianalisis menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA/AAS). Analisis data untuk mengetahui konsentrasi logam berat Pb, Cu dan Zn pada kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang, dan untuk mengetahui hubungan antara berat sampel terhadap kandungan logam berat digunakan uji korelasi pearson, sedangkan untuk mengetahui batas aman konsumsinya, dari hasil pengukuran kadar logam berat ditentukan batas aman untuk konsumsi manusia. WHO, 1989 dalam NSW Health, 2001 telah menetapkan aturan pada konsumsi biota laut yang terkontaminasi logam

berat Pb sebesar 25 µg per kg berat badan per minggu, Cu sebesar 3500 µg per kg berat badan per minggu dan untuk Zn sebesar 7000 µg per kg berat badan per minggu. Aturan tersebut dikonversikan untuk mendapatkan angka yang menyatakan aturan konsumsi kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang pada kadar aman untuk dikonsumsi. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukuran logam berat pada berbagai ukuran kerang darah, kerang hijau, kerang bambu/lorjuk dan udang tanpa cangkang (flesh) serta udang dengan cangkang (whole body) disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Konsentrasi logam berat (mg.kg-1 berat basah) dalam daging kerang dan udang dari pantai Kenjeran Surabaya. Jumlah Kisaran Berat Konsentrasi Pb Konsentrasi Cu Konsentrasi Zn Biota laut Sampel (g) (mg.kg-1) (mg.kg-1) (mg.kg-1) Kerang darah 15 1,271 – 13,108 < 0,177 0,261 - 6,024 14,007 - 30,771 Kerang Hijau 15 1,238 - 28,929 < 0,177 0,412 - 4,667 8,595 - 18,390 Lorjuk 15 1,052 - 4,660 < 0,177 0,190 - 4,680 9,790 - 18,730 Udang flesh 15 4,750 - 33,584 < 0,177 4,881 - 15,981 12,452 - 16,800 Udang whole 15 2,641 - 23,464 < 0,177 7,437 - 30,998 6,740 - 15,262 body Keterangan : Batas deteksi Pb: 0,177 mg.kg-1; Cu:0,076 mg.kg-1; Zn: 0,004 mg.kg-1 Dari hasil penelitian kadar logam berat Pb pada kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang dibawah batas deteksi. Sedangkan kisaran konsentrasi Cu yang terendah terdapat pada kerang darah dan yang tertinggi pada udang dengan cangkangnya (whole body). Sedangkan konsentrasi Zn pada kerang darah paling tinggi dan yang terendah terdapat pada udang whole body. Konsentrasi Cu pada udang lebih tinggi dari kerang dan konsentrasi Zn pada kerang lebih tinggi daripada udang. Tingginya konsentrasi Cu pada udang dikarenakan Tembaga (Cu) yang disimpan di jaringan udang lebih tinggi dari kerang, hal ini mungkin dipengaruhi oleh tembaga yang terkandung dalam hemolimf dari krustasea, dan tidak ada kontaminasi penyerapan tembaga. Konsentrasi seng pada bivalvia dan krustasea merupakan elemen penting yang dibutuhkan oleh hewan untuk proses metabolisme (Soegianto, 2008). Berdasarkan SK Ditjen POM Depkes RI Tahun 1989 kadar Cu

maksimum sebesar 20 mg.kg-1, maka konsentrasi Cu pada udang dengan cangkang (whole body) melebihi batas ambang. Sedangkan kadar maksimum logam berat Cu yang diperbolehkan dalam tubuh biota laut sesuai NSW Health, 2001 sebesar 10 mg.kg-1, sehingga konsentrasi Cu pada flesh udang maupun whole body udang melebihi batas ambang yang diperbolehkan untuk di konsumsi. Hasil penelitian konsentrasi Zn berada di bawah ambang batas yang diperbolehkan yaitu 100 ppm berdasarkan Ditjen POM Depkes RI 1989. Analisa menggunakan korelasi untuk mengetahui hubungan antara berat kerang dan udang dengan konsentrasi logam berat. Hasil analisa korelasi Pearson pada tabel 2 pada logam berat Cu dan Zn, sedangkan untuk logam Pb tidak dianalisa lebih lanjut karena semua sampel memberi hasil dibawah batas deteksi.

Tabel 2. Korelasi antara berat kerang dan udang dengan konsentrasi logam Cu dan Zn pada kerang dan udang dari pantai Kenjeran Surabaya berdasarkan uji korelasi pearson pada α 0,05 Cu Zn Biota Laut Nilai Korelasi Sig Nilai Korelasi Sig Kerang darah 0,290 0,294 -0,456 0,088 Kerang hijau -0,151 0,591 0,082 0,772 Lorjuk 0,158 0,574 -0,506 0,054 Udang flesh -0,177 0,529 -0,034 0,905 Udang Whole body 0,378 0,165 0,775 0,001 Secara teoritis, ukuran berat organisme yang besar berkorelasi positif dengan meningkatnya umur juga berkorelasi positif dengan meningkatnya

18

konsentrasi logam berat pada tubuh. Pada penelitian ini sampel yang diambil menunjukkan korelasi negatif antara berat tubuh dengan kandungan logam berat


kecuali whole body udang yang secara signifikan berkorelasi positif. Sehinnga dapat disimpulkan bahwa jika berat kerang dan udang flesh semakin naik maka akumulasi logam berat Cu dan Zn semakin kecil, demikian pula untuk udang whole body terhadap akumulasi logam berat Cu. Dan semakin berat udang whole body akan diikuti kenaikan akumulasi logam berat Zn. Korelasi tidak signifikan antara ukuran tubuh dengan konsentrasi logam berat ini dapat dijelaskan bahwa habitat mempengaruhi akumulasi logam berat. Sebagaimana dinyatakan oleh Driscoll et al dalam Chudaifah (2010) bahwa akumulasi senyawa-senyawa pada jaringan ikan tergantung pada beberapa faktor endogenous, yaitu kondisi fisiologi, kandungan lemak, dan kapasitas adaptasi, Selain itu diduga pula karena adanya mekanisme growth dilution terkait erat dengan cara makan kerang bivalvia yaitu filter feeder. Rupert, et. al. (2004) menyatakan bahwa proses penyaringan pada bivalvia masuk melalui sifon dan tersaring di insang. Penyusun utama lapisan membran insang adalah epitel pipih selapis dan berhubungan langsung dengan sistem pembuluh, diduga logam berat yang masuk bersamaan dengan partikel makanan mengalami difusi melalui membran insang dan terbawa aliran darah. Insang bivalvia, mempunyai mucus atau lendir yang penyusun utamanya adalah glikoprotein. Sehingga diduga logam tersebut terikat menjadi metallothienin karena penyusun utamanya adalah sistein yaitu protein yang tergolong gugus sulfidril (SH) yang mampu mengikat logam. Oleh karena sifat mucus insang yang mengalami regenerasi, maka logam berat yang telah terikat pada mucus insang turut terlepas dari tubuhnya (Overnell dan Sparla, 1990). Faktor lain yang mungkin berpengaruh adalah masih terkait dengan mekanisme filter feeder , aliran air laut akan berlanjut menuju ke labial pulp di mana pada bagian tersebut akan melalui beberapa proses penyaringan dengan cilia-cilia. Partikel yang berukuran kecil akan lolos, sementara yang berukuran besar akan dikeluarkan kembali melalui sifon-inkuren dalam bentuk pseudofeces (Pechenik, 2000). Hal ini juga diduga merupakan salah satu faktor menurunnya konsentrasi logam berat seiring dengan membesarnya ukuran tubuh. Rendahnya konsentrasi Pb pada semua sampel yang diteliti dimungkinkan dikarenakan pencemaran kadar logam berat Pb di perairan pantai Kenjeran kecil sehingga akumulasi Pb pada biota laut juga rendah. Batas aman untuk konsumsi kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang flesh serta udang whole body berdasarkan kadar Cu sebesar 34 Kg , 45 Kg , 44,8 Kg , 13 Kg , 6,7 Kg per minggu dan per harinya 4,86 Kg, 6,43 Kg, 6,4 Kg, 1,86 Kgdan 0,96 Kg. Dan berdasarkan konsentrasi Zn sebesar 13,6 Kg, 22,8 Kg, 22,4 Kg, 25 Kg, 27,5 Kg per minggu dan perharinya 1,94 Kg, 3,3 Kg, 3,2 Kg, 3,57 Kg dan 3,93 Kg. Akumulasi Cu dalam jumlah berlebihan tidak mampu dimetabolisme oleh tubuh (Palar,2008). Bila tembaga (Cu) masuk ke dalam tubuh melalui oral/mulut, menghambat kerja enzim, menyebabkan kerusakan hati dan tubulus ginjal (Sudarmanto, 1999).

KESIMPULAN Dari kegiatan penelitian yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Konsentrasi logam berat pada kerang darah, kerang hijau, kerang bambu/lorjuk dan udang dari pantai Kenjeran Surabaya bervariasi. Konsentrasi Cu tertinggi terdapat pada udang dengan cangkang (whole body) yaitu sebesar 30,998 mg.kg-1 dan terendah pada lorjuk sebesar 0,190 mg.kg-1. Sedangkan konsentrasi Zn tertinggi terdapat pada kerang darah sebesar 30,771 mg.kg-1 dan konsentrasi Zn terendah pada udang (whole body) sebesar 6,740 mg.kg-1. Untuk konsentrasi Pb dari seluruh sampel yang diambil menunjukkan konsentrasi dibawah batas deteksi. 2. Terdapat korelasi positif yang signifikan antara berat udang dengan cangkang (whole body) terhadap kadar Zn, yang artinya jika berat udang dengan cangkang naik maka diikuti dengan kenaikan konsentrasi Zn. Sedangkan pada kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang tanpa cangkang menunjukkan korelasi tidak signifikan, sehingga jika berat kerang darah, kerang hijau dan udang tanpa cangkang naik maka tidak diikuti dengan kenaikan konsentrasi Zn. Demikian pula pada korelasi berat dengan konsentrasi Cu menunjukkan adanya korelasi tidak signifikan pada kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang, sehingga jika berat kerang darah, kerang hijau, lorjuk, flesh udang dan whole body udang naik maka tidak diikuti kenaikan konsentrasi Cu. 3. Kadar logam berat pada kerang darah, kerang hijau, kerang bambu/lorjuk dan udang dari pantai Kenjeran Surabaya berdasarkan logam berat Pb dan Zn masih dibawah batas maksimum cemaran logam dalam makanan, dan berdasarkan kandungan Cu ditemukan konsentrasi Cu udang whole body berada di atas batas maksimum cemaran logam dalam makanan berdasarkan Ditjen POM DepKes RI tahun 1989. 4. Berdasarkan hasil penghitungan batas aman untuk konsumsi kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang flesh serta udang whole body berdasarkan kadar Cu sebesar 34 Kg , 45 Kg , 44,8 Kg , 13 Kg , 6,7 Kg per minggu dan per harinya 4,86 Kg, 6,43 Kg, 6,4 Kg, 1,86 Kg dan 0,96 Kg. Dan berdasarkan konsentrasi Zn sebesar 13,6 Kg, 22,8 Kg, 22,4 Kg, 25 Kg, 27,5 Kg per minggu dan perharinya 1,94 Kg, 3,3 Kg, 3,2 Kg, 3,57 Kg dan 3,93 Kg. SARAN Berdasarkan hasil penelitian ini dapat memberi informasi kepada masyarakat bahwa kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang yang diambil dari pantai Kenjeran Surabaya masih aman untuk dikonsumsi dalam jumlah batas aman konsumsi,


19

khususnya bila dilihat berdasarkan konsentrasi Pb dan Zn, dan perlu diwaspadai berdasarkan konsentrasi Cu. Bagi masyarakat perlu diinformasikan agar mengkonsumsi kerang darah, kerang hijau, lorjuk dan udang dari pantai Kenjeran Surabaya berdasarkan batas aman bagi resiko kesehatan. Perlunya dilakukan upaya untuk memonitor pencemaran logam berat di lingkungan perairan secara berkesinambungan terhadap keberadaan logam berat pada biota laut, khususnya di pantai Kenjeran Surabaya dan perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pada jenis biota lain yang banyak dihasilkan nelayan dari pantai Kenjeran Surabaya yang banyak dikonsumsi masyarakat. DAFTAR PUSTAKA Chudaifah, L. 2010. Konsentrasi Pb, Cd dan Hg pada Ikan Pepetek (Leiognathus equulus) Yang Ditangkap Di Pantai Jawa Timur Dan Batas Aman Konsumsinya. Tesis. Pasca Sarjana Universitas Airlangga. Surabaya. Islam, M.D., Tanaka, M. 2004. Impact of pollution on coastal and marine ecosystems including coastal and marine fisheries and approach for management: a review and synthesis. Mar. Pollut. Bull. 48: 624-649. Lee,S .J., KIMK, .T. & KIMS, .J. 1990. Tracemetals in the surface waters of Maxwell Bay, King George Island, Antarctica. Korean Journal of Polar Research, 1, 11-1 5. Overnell J and SparlaAM, 1990.The Binding of Cadmium to Crab Cadmium Metallothienein. Biochem J 267: 539–540. Palar, H., 2004. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Jakarta: Rineka Cipta. Pechenik JA, 2000. Biology Of The Invertebrates. McGraw-Hill company, New York, USA. Ruppert, Fox, Barnes, 2004. Invertebrata Zoology. Seventh edition.Thomson Learning. USA. 371-403. Soegianto, A,, 2008. Bioaccumulation Of Heavy Metals in Some Commersial Animal Caugh from Selected Coastal Water of East Java, Indonesia, Research Journal of Agriculture and Biological Science, 4(6):881-885. Sudarmanto, H., 1999. Analisis Resiko Logam Berat Terhadap Kesehatan, Pelatihan Pengendalian dan Pemantauan Logam Berat, angkatan III, FMIPA Universitas Airlangga Surabaya.

20


ETNOBOTANI TUMBUHAN OBAT DI KABUPATEN SUMENEP JAWA TIMUR 1

Qomarus Zaman1, Sucipto Hariyanto1, Hery Purnobasuki1 Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Kampus C Unair, Jl. Mulyorejo, Surabaya 60115

ABSTRACT This study aimed to determine the local knowledge (indigenous knowledge) about medicinal plants and medicinal plant diversity in Sumenep regency. Sample of this study was taken of three districts in Sumenep, namely: Pakandangan Sangra Village in District Bluto, Dungkek Village in District Dungkek and Saronggi Village in District Saronggi. Sample amount to 110 respondents (key informants), consisting of: (1) farmers medicinal plants consisting of 30 samples, (2) manufacturers of herbal Madura as many as 20 samples, (3) traditional healers as many as 20 samples, (4) the user (consumer) herbs that are 40 samples. Medicinal plants are used as medicinal ingredients in Sumenep amounted to 119 plants, which consists of 22 species are commercially cultivated plants, 27 species of cultivated plants which are not maintained an intensive, 9 species of food crops is cultivated, 26 wild species and 26 species are simplicia imported from outside of Madura Island. They were divided into 76 species of herbs used by manufacturers and 68 species used by traditional healers. Sumenep community used herbs for medicine 35%, fruits 23%, vegetables 12%, building materials 3%, cooking 22%, ornamental plants 5%, rituals 1% and others 1%. Keywords : ethnobotany, medicinal plants, Sumenep regency PENDAHULUAN Kurang lebih 400 kelompok etnis masyarakat Indonesia memiliki hubungan yang erat dengan tumbuhan obat, salah satunya adalah kelompok etnis Madura (Zuhud, 2003). Namun, saat ini masyarakat di pelosokpelosok Madura sudah mulai meninggalkan pembuatan jamu sebagai ciri khas etnis Madura untuk penyembuhan berbagai penyakit, karena sudah terdapat obat-obatan modern dalam bentuk kemasan yang menarik serta mudah dikonsumsi.Di sisi lain, keengganan penduduk untuk menanam tumbuhan obat telah menyebabkan banyaknya pengetahuan asli pribumi tentang kegunaan dan arti etnobotani tumbuhan obat menghilang dengan cepat. Hilangnya pengetahuan pribumi dikhawatirkan lebih cepat dibandingkan dengan menyusutnya keanekaragaman hayati tumbuhannya sendiri. Sementara itu, upaya konservasi sumber daya hayati di Indonesia belum optimal, memungkinkan terjadi pengambilan tumbuhan dan pengetahuan lokal (indigenous knowledge) tentang pemanfaatan obat oleh pihak lain. Akibatnya banyak spesies tumbuhan obat serta beberapa di antaranya hanya dapat tumbuh di Indonesia telah dimanfaatkan oleh pihak lain (Allorerung et al., 2005). Berdasarkan informasi di atas kegiatan identifikasi, dan dokumentasi tumbuhan obat dan penggunaan etnomedicine di Kabupaten Sumenep menjadi sangat penting guna melindungi kekayaan bangsa termasuk pelestariannya. Penelitian etnobotani dapat dilakukan sebagai upaya untuk konservasi keanekaragaman spesies tumbuhan (plasma nutfah) untuk program pemuliaan tanaman, serta konservasi dan pengakuan pengetahuan masyarakat Sumenep akan tumbuhan obat. Penelitian ini dilakukan di 3 kecamatan yang mewakili Kabupaten Sumenep, yaitu; Desa Pakandangan Sangra di Kecamatan Bluto, Desa

Dungkek di Kecamatan Dungkek dan Desa Saronggi di Kecamatan Saronggi. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: alat perekam (tape recorder), kemera digital Canon 7.1 Pixel, buku catatan, angket, dan buku identifikasi tumbuhan Flora of Java Volume I, II, III oleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968. Bahan yang digunakan adalah semua spesies tumbuhan obat dan jamu tradisional Madura yang terdapat di Kabupaten Sumenep. PROSEDUR PENELITIAN Langkah kerja pertama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan survei tempat penelitian dan responden (key informant). Berikutnya adalah tahap wawancara, menggunakan teknik wawancara semi terstruktur (semi-structured interviews) untuk menggali informasi dari masyarakat responden dari 3 daerah sampel. Data wawancara dilengkapi dengan menggunakan angket dan observasi tentang pemanfaatan tumbuhan obat. Langkah selanjutnya data tumbuhan obat yang telah terkumpul dibuktikan dengan fakta keberadaan tumbuhan obat di lapangan, dilakukan dengan mengambil gambar habitus tumbuhan obat menggunakan kamera digital. Data hasil wawancara dan angket tumbuhan obat yang disebutkan oleh masyarakat lokal kemudian diidentifikasi menggunakan pustaka Flora of Java Volume I, II, III oleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968. Analisis data dalam penelitian etnobotani menggunakan teknik analisa deskriptif kualitatif terhadap spesies-spesies tumbuhan yang dimanfaatkan sebagai obat. Beberapa data dianalisa secara kuantitatif dengan persentase.


21

HASIL DAN PEMBAHASAN Spesies Tumbuhan Obat yang Dimanfaatkan oleh Masyarakat Sumenep Dalam penelitian ini telah dikumpulkan sebanyak 119 spesies tumbuhan obat dari 48 familia tumbuhan yang dimanfaatkan sebagai obat oleh masyarakat Sumenep yang terdiri dari 22 spesies No .

1

2

3 4

5 6

7

8 9

10

11

12

13 14

15

22

tumbuhan yang dibudidayakan secara komersial; 27 spesies tumbuhan budidaya yang tidak dipelihara secara intensif; 9 spesies tumbuhan pangan hasil budidaya; 26 spesies liar; dan 35 spesies tumbuhan yang didatangkan dari luar Pulau Madura. Dari 119 spesies tumbuhan obat, 76 spesies dimanfaatkan oleh produsen jamu dan 68 spesies dimanfaatkan oleh pengobat tradisional.

Tabel 1. Spesies tumbuhan obat yang dibudidayakan secara komersial oleh masyarakat/petani Nama tumbuhan Nama ilmiah Familia Bagian Kegunaan (umum/lokal) yang digunakan (a) (b) (c) (d) (e) Asam /Acem Tamarindus Caesalpiniacea Daun, buah Pelancar haid, penyubur indica L. e kandungan, melancarkan pencernaan Bawang daun/ Allium fistulosum Liliaceae Daun Jamu hamil, jamu Bhangdhaun L. melahirkan, perut kembung Bawang putih/ Allium sativum L. Liliaceae Rimpang Aprodisiak, pelancar ASI, Bhang pote terlambat haid Cabe jamu/ Cabhi Piper Piperaceae Buah Aprodisiak, kontrasepsi, jhamo, cabhi alas retrofractum Vahl jamu lahir, sakit pinggang, demam, perut mulas Dringo/Jharangoh Acorus calamus Arecaceae Rimpang Obat cacingan, jamu hamil Linn. dan jamu lahir Jahe/Jaih Zingiber Zingiberaceae Rimpang Aprodisiak, kontrasepsi, officinale Roxb. jamu lahir (peluruh darah nifas), Kemiri/kemereh Aleurites Euphorbiaceae Buah Pelancar ASI, penyubur moluccana (L.) rambut Willd. Kencur/Kencor, Kaempferia Zingiberaceae Rimpang Jamu lahir, jamu singset, cekor galanga L. parem atas, keputihan Temukunci/Konce Boesenbergia Zingiberaceae Rimpang, Sari rapet, penyubur h pandurata daun kandungan, jamu lahir, (Roxb.) Schlecht encok, demam nifas, melancarkan pencernaan, sariawan Kunci pepet/ Kaempferia Zingiberaceae Rimpang, Sari rapet, keputihan, Konceh pet angustifolia daun pelansing tubuh, pelancar Roscoe ASI Kunyit/Konyi’ Curcuma Zingiberaceae Rimpang Penyubur kandungan, domestica Val. pelancar haid, peluruh darah nifas, jamu hamil, jamu lahir, diare Kunyit putih/ Curcuma Zingiberaceae Rimpang Jamu hamil, Konyi’ pote zedoaria (Berg.) Memperlancar kelahiran, Roscoe keputihan, melancarkan pencernaan, kanker Rimpang Jamu hamil, nafsu makan, Lempuyang/Lamp Zingiber zerumbet Zingiberaceae dan cacingan ojang (L.) J.E. Smith Lengkuas/Laos Alpinia galanga Zingiberaceae Rimpang Aprodisiak, melancarkan (L.) Swartz darah nifas, kontrasepsi, rematik Bangle/Pandhiang Zingiber Zingiberaceae Rimpang Jamu hamil, jamu lahir, purpureum Roxb. melancarkan buang air, kegemukan, cacingan, demam


16

Pinang/Penang

Areca catechu L.

Palmae

Buah

Lemah syahwat, sari rapet, antiseptik, peluruh haid, peluruh seni, galian singset

17

Sirih/Sere

Piper betle L.

Piperaceae

Daun

18

Merica hitam/Sa’ang celleng Temuhitam/Temoc elleng

Piper nigrum L.

Piperaceae

Buah

Curcuma aeruginosa Roxb.

Zingiberaceae

Rimpang

Antiseptik, keputihan, sari rapet, bisul, asma Memperlancar kelahiran, perut kembung, hipertensi, sesak nafas, impotensi Mencegah ejakulasi dini, keputihan, cacingan, penabah nafsu makan

Curcuma heynena Val. & v. Zijp Curcuma xanthorrhiza Roxb.

Zingiberaceae

Rimpang

Zingiberaceae

Rimpang

Curcuma mangga Val.

Zingiberaceae

Rimpang

19

20

Temu Giring

21

Temulawak/ Temolabek

22

Temumangga/ Temupao

Penambah nafsu makan, bedak wajah Sehat laki-laki, jamu lahir, keputihan, maag, sembelit, asma Demamnifas, kanker, keputihan,gangguan pencernaan

Keterangan : a, d, e : hasil wawancara dengan masyarakat Sumenep b, c : hasil identifikasi menggunakan buku Flora of Java Volume I, II, IIIoleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968 Tabel 2. Spesies tumbuhan obat yang tidak dipelihara secara intensif No. Nama tumbuhan Nama ilmiah Familia Bagian yang digunakan (umum/lokal)

Kegunaan

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

1

Alpukat/Apokat

Persea americana Miller

Lauraceae

Daun, buah

2

Averrhoa carambola L. Pluchea indica (L.) Less.

Oxalidaceae

Buah

3

Blimbing Wuluh/ Blimbing buluh Beluntas

Sariawan, darah tinggi, sakit kepala, kencing manis, nyeri syaraf, lambung Batuk, melancarkan pencernaan

Asteraceae

Daun

4

Brotowali

Menispermaceae

Daun, batang

5 6

Cendana/Candena Ceremei/Cermeh

Rubiaceae Euphorbiaccae

Kayu Daun

Dupa atau ratus Pelancar ASI, obat batuk

7

Delima putih/ Delima pote Enau/Aren

Tinospora crispa (L.) Miers ex Hook.f. & Thomson Santalum albumL. Phyllanthus acidus (L.) Skeels. Punica granatum L. Arenga pinnata (Wurmb) Merr. Syzygium cumini (L.) Skeels Dioscorea hispida Dennst. Psidium guajava L. Anacardium occidentale L. Ceiba pentandra (L.) Gaertn.

Pelancar ASI, penyubur, kandungan, terlambat haid, keputihan Kencing manis, rematik, gatalgatal, diare.

Punicaceae Palmae

Daun, kulit buah Buah

Sari rapet, membersihkan darah kotor Pelancar haid

Myrtaceae

Kulit batang

kencing manis

Dioscoreaceae

Umbi

Jamu kuat

Myrtaceae

Daun

Pelancar ASI, jamu hamil

Anacardiaceae

Kulit batang

Obat tahi darah

Sterculiaceae

Daun

Obat batuk dan asma

8 9 10 11 12 13

Jamblang/Dhuwe’ buteng Gadung/geddhung Jambu biji/ Jembuh bigih Jambu Monyet/ Jembuh monyet Kapuk/Kapoh


23

14

Jeruk nipis/Jheruk pecel

15 16

Jeruk/Jheruk porot Pepaya gantung/ Kates rambei

17

Katuk/kerakur

18

Mengkudu/Koddhu’

19

Labu/Labuh

20

Mimba/Mimbeh

21

Nangka/Nangkah

22

Pacar

23

Saga/Sage

24

Srikaya/Sarkajeh

25

Sukun/Sokon

26

Siwalan/Ta’al

27

Turi/Toroi

Citrus aurantifolia (Christm. & Panz.) C. E. Hubb Citrus hystrix DC. Carica papaya L.

Rutaceae

Kulit buah

Galian singset, jamu lahir, batuk

Rutaceae Caricaceae

Kulit buah Daun, akar

Jamu param Pelancar ASI, nafsu makan, mencegah ejakulasi dini

Sauropus androgynus (L.) Merr. Morinda citrifolia L.

Euphorbiaceae

Daun

Pelancar ASI

Rubiaceae

Daun, Buah

Lagenaria siceraria (Molina) Standley Azadirachta indica A.H.L. Juss. Artocarpus heterophyllus Lmk Lawsoniainermis L. Abrus precatorius L. Annona squamosa L. Artocarpus altilis (Park.) Fosberg Borassus flabellifer L. Sesbania grandiflora (L.) Pers.

Cucurbitaceae

Daun

Pelancar ASI, sehat lelaki dan wanita, diabetes, asam urat, rematik, osteoporosis Tradisi mengubur plasenta

Meliaceae

Daun, buah

Moraceae

Daun

Lythraceae

Daun

Papilionaceae

Daun

Sari rapet, pendarahan setelah melahirkan Pelancar ASI, asma, nafsu makan

Annonaceae

Biji

Obat kuat

Moraceae

Daun muda, bunga Pelepah, buah Daun

Sakit liver, sakit gigi

Palmae Papilionaceae

Jamu hamil, sehat lelaki dan wanita, asam urat, diabetes, tekanan darah. Tradisi mengubur plasenta

Mengecilkan perut sehabis bersalin, cuka Pelancar ASI

Keterangan : a, d, e : hasil wawancara dengan masyarakat Sumenep b, c : hasil identifikasi menggunakan buku Flora of Java Volume I, II, IIIoleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968 Tabel 3. Spesies tumbuhan pangan hasil budidaya yang dimanfaatkan sebagai jamu No Nama tumbuhan Nama ilmiah Familia Bagian yang digunakan (umum/lokal)

1 2 3 4 5 6

Kegunaan

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Beras/beres Bawang merah/ Bhang mera Cabe rawit/ Cabhi lete’ Jagung/Jhagung Kacang/Kachang

Oryza sativa L. Allium cepa L.

Poaceae Liliaceae

Buah Rimpang

Beras kencur Jamu lahir

Capsicum frutescens L. Zea mays L. Arachis hypogaea L. Vigna cylindrica (L.) Skeels Cocos nucifera L. Coffea arabica L. Musa Paradisiaca L.

Solanaceae

Buah

Lemah syahwat (impotensi

Poaceae Papilionaceae

Buah Buah

Tradisi mengubur plasenta Tradisi mengubur plasenta

Papilionaceae

Buah

Tradisi mengubur plasenta

Palmae Rubiaceae

Buah, kulit buah Buah

Musaceae

Buah

Produksi sperma, mengempeskan perut setelah melahirkan Memperlancar kelahiran, sakit pinggang, penenang Lemah syahwat

7

Kacang panjang/ Oto’ Kelapa/Nyior

8

Kopi

9

Pisang/Gedang

Keterangan : a, d, e : hasil wawancara dengan masyarakat Sumenep b, c : hasil identifikasi menggunakan buku Flora of Java Volume I, II, IIIoleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968 24


Tabel 4. Spesies tumbuhan obat yang diperoleh dari habitat liar No Nama ilmiah Familia Nama tumbuhan (umum/lokal) (a) 1 2 3 4 5 6 7

8

Arbei/Arbis Binahong Bunga sepatu/ merebheng Lidah buaya/ Cacap Nyamplung/ Camplong Tembelekan Ruku-ruku hutan/Dhaun komandhin Kaki Kuda/ kostekosan

9

Ganda rusa

10

Jarak Pagar/ Kalekeh

11

Kecubung/ Kacobhung, Simbukan/ Kasembu’an Kemangi/ Kemangih Kumandin/ Komandin sebuh

12 13 14

15 16

Kumis kucing/ Komis koceng Alang-alang/ Lalang

17

Mahoni

18

Meniran

19

Tempuyung, Romtaroman Sambiloto

20

21 22 23

Sambung nyawa/ Sambung nyabe Semanggi gunung/ Sep nana Nila/Tarom

24

Tapak liman/ Talpak tana

25

Terong/Terong perat

26

Ciplukan/ Yor-nyioran

(b)

Bagian yang digunakan

Kegunaan

(c)

(e)

Moraceae Bassellaceae Malvaceae

(d) Daun Daun Daun

Peluruh darah nifas, ambient Luka Pelancar ASI, paru-paru

Liliaceae

Daun

Penyubur rambut, darah tinggi

Guttiferae

Buah

Obat borok menahun, bisul

Verbenaceae Labiatae

Daun Daun

Melancarkan ASI Rematik, sakit sendi, nyeri haid, flu, disentri

Centella asiatica (L.) Urb.

Apiaceae

jamu kuat, nafsu makan, awet muda

Justicia gendarussa Burm.f. Jatropha curcas L.

Acanthaceae

Seluruh bagian tumbuhan Daun

Euphorbiaceae

Daun, getah

Datura metel L.

Solanaceae

Daun

Paederia scandens (Lour.) Merr Ocimum sanctum L.

Rubiaceae

Daun

Lamiaceae

Daun

Asteraceae

Daun

Lamiaceae

Daun

Poaceae

Seluruh

Meliaceae

Buah

Euphorbiaceae

Daun

Cruciferae

Daun

Acanthaceae

Daun

Asteraceae

Daun

Darah tinggi, tumor.

Leguminosae

Seluruh

Disentri

Papilionaceae

Daun

Pelancar ASI

Asteraceae

Daun, batang muda Buah

Radang ginjal vitalitas,sari rapet

Daun, batang, akar

Kanker, darah tinggi

Morus alba L. Basella alba L. Hibiscus rosasinensis L. Aloë vera (L.) Webb Calophyllum inophyllum L. Lantana camara L. Hyptis suaveolens (L.) Poit

Chrysanthellum leschenaultia (Cass.) Back. ex Koster Orthosiphon aristatus (Bl.) Miq Imperata cylindrica var. major (Nees) C. E. Hubb. Swietenia macrophylla King Phylanthus urinaria L. Rorippa indica (L.) Hiern Andrographis paniculata (Burm.f) Nees. Gynura procumbens (Lour.) Merr. Desmodium triflorum (L.)DC. Indigofera arrecta Hochst. ex A. Rich. Elephantopus scaber L. Solanum album Lour. Var. Rumphii Dunal Physalisminima L.

Solanaceae

Solanaceae

Antifertilitas, rematik, nafsu makan Pelancar ASI, kontrasepsi, telinga bernanah Sakit gigi, rematik, bisul, kontrasepsi alami Vitalitas pria, peluruh kentut, melancarkan pencernaan Pelancar ASI, antiseptik, mual sariawan, demam, Jamu kuat, sehat lelaki

Peluruh darah haid, diabetes, jantung lemah Jamu kuat, penyubur kandungan,muntah darah, digigit ular, kolesterol Peluruh kentut dan melancarkan pencernaan Sehat lelaki Mengobati batu empedu & ginjal jamu hamil, deabetes, kanker, flu, masuk angin, gatal-gatal,

Kontrasepsi, sakit gigi

Keterangan : a, d, e : hasil wawancara dengan masyarakat Sumenep b, c : hasil identifikasi menggunakan buku Flora of Java Volume I, II, IIIoleh Backer dan Bakhuzein Van den Brink terbitan tahun 1968 JURNAL MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM / Vol. 16 No. 1, Januari 2013

25

Tabel 5. Spesies tumbuhan obat yang didatangkan dari luar Pulau Madura dalam bentuk simplisia No

Nama tumbuhan (umum/lokal)

Nama ilmiah

Familia

Bagian yang digunakan

Kegunaan

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

1

Adas/Adhes

Foeniculum vulgare Mill.

Apiaceae

Buah

2

Cengkeh/Cengke

Myrtaceae

Buah

3

Daun Salam/ Deun salam Joho lawe/ja’labih

Syzygium aromaticum, (L.) Merr. & Perry Syzygium polyanthum Walp. Terminalia belerica (Gaertn) Roxb. Guazuma ulmifolia Lamk var. tomentosa K. Schum. Cinnamomum cassia Ness exBl. Nigella sativa L.

Sari rapet, kontrasepsi, jamu kuat, pelancar haid, batuk, sariawan, perut kembung Param atas, jamu kuat, sakit gigi, obat batuk

Myrtaceae

Daun

Combretaceae

Buah

Sterculiaceae

Daun

Galian singset (pelangsing), batuk.

Lauraceae Ranunculaceae

Kulit Batang (kayu) Buah

Apiaceae

Buah

Polygonaceae

Akar

Jamu lahir, penambah stamina, rematik Aprodisiak, galian singset, kencing manis, cacingan, kontrasepsi alami Aprodisiak, pelancar ASI, penambah tenaga Nyeri lambung, jamu lahir.

Piperaceae

Buah

4

5

Jati belanda/ Jati londo

6

Jenitri (Kaju manis cena) Jinten hitam/ Jhinten celleng

7

8

Diabetes, darah tinggi, demam, dan obat diare Sari rapet

Cuminum cyminum L. Rheum palmatum L. Piper cubeba L.

11

Jinten putih/ Jhinten pote Kalembak/ Talembak Kemukus/ Kamokos Kayu angin

Usnea barbata Fries

Usneaceae

Thallus

12

Kayu garu

Aquilaria malaccensisLamk

Gonystylaceae

Kayu

Jamu kuat, masuk angin, radang usus, disentri Jamu lahir, disentri, masuk angin, peluruh air seni, dan sariawan Dupa (ratus)

13

Daun

Jamu lahir

Apocynaceae

Batang (kayu)

Sari rapet, keputihan, jamu lahir, disentri

15

Kayu ules

Melaleuca cajuputi Roxb. Parameria laevigata (A.L Juss.) Moldenke Helicteres isora L.

Myrtaceae

14

Kayu putih/ Kaju pote Kayu rapet

Sterculiaceae

Batang (kayu)

Sakit waktu hamil

16

Kanyengar, manis jangan Ketumbar/ Katomber

Cinnamomum burmani Bl. Coriandrum sativum L.

Lauraceae

Kulit batang

Apiaceae

Buah

Buah

Rutaceae

Daun

20

Klabat

Leguminosae

Biji

Pengentalan sperma, parem, masuk angin

21

Maja’an

Fagaceae

Kayu

22

Combretaceae

Kayu

Sari rapet, pelancar haid, keputihan, ambein Sari rapet, jamu lahir

23

Joho kelling/maja kelling Manggis

Guttiferae

Kulit buah

24

Masoji

Parkia roxburghii G. Don Murraya paniculata (L.) Jack Trigonella foenum-graecum L. Quercus lusitanica Lamk. Terminalia chebula Retz. Garcinia mangostana L. Cryptocarya massoy (Oken) Kosterm.

Mimosaceae

19

Kedawung/ Kedebung Kemuning

Jamu kuat, jamu lahir dan rematik Jamu hamil, pelangsing, disentri, melancarkan haid & pencernaan, eksim Sari rapet, jamu lahir, perut kembung Kontrasepsi alami, pelancar haid, bedak

Lauraceae

Kayu

9 10

17

18

26

Peluruh darah nifas, pelancar haid Jamu lahir, keputihan, nafsu makan, melancarkan pencernaan


25

Mongsi

26

Pala/Paala

27

Paceng

28

Palasari

29

Perabas

30

Plaga/kapulaga

31

Pucuk

32

Saparantu/ semarantok

33

Secang

34

Seledri

35

Sentuk

Oroxylum indicum (L.) Vent. Myristica fragrans Houtt

Bignoniaceae

Kayu

Myristicaceae

Buah

Costus Speciosus (Koen.) J. E. Smith Alyxia reinwardti Bl.

Zingiberaceae

Rimpang

Apocynaceae

Kulit dan batang

Litsea odorifera Val. Elettaria cardamomum (L.) Maton Saussurea lappa Clarke. Sindora sumatrana Miq.

Lauraceae

Daun

Kontrasepsi, parem, bedak, keputihan, kencing nanah, pelancar haid Sakit waktu hamil, jamu lahir

Zingiberaceae

Buah dan rimpang

Tolak angin, lemah syahwat, sari rapet, batuk, demam

Asteraceae

Akar dan kayu

Jamu param

Caesalpiniaceae

Buah

Caesalpiniaceae

Kayu (batang)

Apiaceae

Daun

Jamu lahir, jamu param, demam, kencing nanah, radang rahim Pelancar haid, peluruh darah nifas, tetanus, diare Pelancar ASI, hipertensi

Lauraceae

Kulit batang

Caesalpinia sappan L Apium graveolens L. Cinnamomum sintok Bl.

Menyembuhkan perut kembung, jamu lahir Jamu lahir, Aprodisiak, susah tidur, sariawan, stimulan, nafsu makan, karminatif Kontrasepsi alami

Keputihan, sari rapet, jamu param, sariawan, cacingan, digigit serangga

Keterangan : a, d, e : hasil wawancara dengan masyarakat Sumenep b, c : hasil identifikasi menggunakan buku Flora of Java Volume I, II, III oleh Van den Brink terbitan tahun 1968 Tumbuhan obat yang dibudidayakan secara komersial oleh masyarakat/petani berupa tumbuhan semusim (annual) dan tumbuhan tahunan (perenial). Tumbuhan semusim umumnya didominasi oleh spesies-spesies dari familia Zingiberaceae seperti jahe (Zingiber officinale), dan kencur (Kaempferia galanga), sedangkan tumbuhan tahunan seperti cabe jamu (Piper retrofractum) dan pinang (Areca catechu). Tumbuhan obat lainnya yang digunakan sebagai bahan jamu Madura oleh produsen jamu dan pengobat tradisional di Kabupaten Sumenep berasal dari tumbuhan yang tidak dipelihara secara intensif. Tumbuhan ini terdapat di habitat pekarangan, ladang, maupun habitat sawah. Spesies tumbuhan obat yang digunakan oleh pengobat tradisional relatif lebih sedikit daripada produsen jamu Madura yaitu 11 spesies sedangkan produsen jamu Madura memanfaatkan 16 spesies tumbuhan obat. Disamping itu, spesies-spesies tumbuhan yang digunakan dalam kegiatan adat atau ritual sebagian besar adalah tumbuhan pangan yang dibudidayakan oleh masyarakat Sumenep. Menurut responden keberadaan tumbuhan tersebut terkadang digunakan sebagai bahan pelengkap ramuan Madura. Terdapat 6 spesies tumbuhan yang dimanfaatkan oleh pengobat tradisional. Sedangkan produsen jamu tradisional memanfaatkan 8 spesies tumbuhan obat. Masyarakat Madura memanfaatkan tumbuhan pangan di antaranya untuk keperluan

Backer dan Bakhuzein

ritual semisal penguburan “tamonih” (plasenta) pasca melahirkan. Bersama dengan plasenta, dikuburkan pula beras (Oryza sativa L.), jagung (Zea mays L.), kacang tanah (Arachis hypogaea L.), dan kacang panjang (Vigna cylindrica (L.) Skeels. Masyarakat Madura percaya bahwa penggunaan tumbuhan-tumbuhan tadi mempunyai arti harapan seorang ibu agar anaknya dicukupkan rejekinya di masa yang akan datang. Pengobatan dengan pemanfaatan tumbuhan obat sebagai jamu juga digunakan untuk pengobatan pasien yang mengalami gangguan pada persendian seperti keseleo, patah tulang, luka berdarah dan bahkan penyakit dalam seperti kencing manis, asam urat, dan lain-lain. Daun binahong (Basella alba) misalnya digunakan untuk menyembuhkan patah tulang dan luka berdarah. Untuk penyakit dalam seperti kencing manis dan asam urat digunakan daun sambung nyawa (Gynura procumbens (Lour.) Merr.), kumis kucing (Orthosiphon aristatus (Bl.) Miq) dan sambiloto (Andrographis paniculata). Spesies-spesies tumbuhan tersebut adalah beberapa spesies tumbuhan obat yang keberadaannya tumbuh secara liar di semak-semak dan hutan yang cenderung jauh dari pemukiman penduduk. Pengobat tradisional umumnya memanfaatkan spesies tumbuhan obat yang tumbuh secara liar dalam racikan obat dengan alasan ekonomis, tanpa harus mengeluarkan biaya untuk mendapatkannya dan terlebih ketersediaan tumbuhan obat tersebut tidak mudah dijumpai di


27

pasar tradisional. Terdapat 26 spesies tumbuhan obat yang dimanfaatkan oleh pengobat tradisional, relatif lebih banyak daripada produsen jamu Madura yang hanya memanfaatkan 5 spesies tumbuhan obat. Untuk kebutuhan pengobatan, pengobat tradisional juga menggunakan spesies tumbuhan obat yang didatangkan dari luar pulau Madura. Menurut Rifa’i (2000) simplisia yang digunakan tersebut selain tidak dapat ditanam di Pulau Madura biasanya juga telah sulit ditemukan. Simplisia ini biasanya diperoleh dengan cara membeli langsung ke pasar simplisia di Surabaya atau memesan langsung ke Jawa, Kalimantan, Irian Jaya, dan Sumatera. Bahan baku (simplisia) dari luar Madura yang biasa menjadi campuran jamu lahir seperti palasari (Alyxia reindwarti), kayu secang (Caesalpinia sappan) dan lain-lain dibeli di toko-

toko simplisia di Kabupaten Sumenep. Terdapat 15 jenis simplisia yang digunakan pengobat tradisional harus didatangkan dari luar pulau Madura. Hal ini relatif lebih sedikit daripada produsen jamu tradisional, disebabkan pengobat tradisional lebih banyak memanfaatkan spesies liar yang lebih ekonomis. Jenis-jenis Pemanfaatan Tumbuhan Obat oleh Masyarakat Sumenep Pemahaman tentang nilai manfaat (use value) dari tumbuhan menjadi tolok ukur kemampuan masyarakat dalam mendayagunakan tumbuhan obat yang ada disekitarnya. Gambaran nilai manfaat beberapa tumbuhan obat menurut masyarakat Kabupaten Sumenep dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6. Nilai manfaat beberapa spesies tumbuhan obat No. Nama tumbuhan Familia (umum/lokal) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19

28

Asam/Acem (Tamarindus indica Willd) Alpukat (Persea Americana Miller) Arbis (Morus alba L.) Bawang daunBhang dhaun (Allium fistulosum L) Bawang merah/Bhang mera /(Allium cepa L) Bawang putih/Bhang pote (Allium sativum L.) Bluntas (Pluchea indica Less.) Cabe jamu/Cabhi jhamo, cabhi alas (Piper retrofractum Vahl.) Cabe rawit/Cabhi lete’ (Capsicum annuum L.) Nyamplung/Camplong (Calophyllum inophyllum L. Delima putih/Dhalima pote (Punica granatum L.) Daun salam/Dhaun salam (Eugenia polyantha Wight) Jahe/Jaih (Zingiber officinale Rosc.) Jambu biji/jembuh (Psidium guajava L.) Dringo/Jharangoh (Acorus calamus L.) Jeruk nipis/Jheruk pecel Citrus aurantifolia (Christm. & Panz.) C. E. Hubb Jeruk/Jheruk porot (Citrus hystrix D.C.) Jinten hitam/Jhinten celleng (Nigella sativa L.) Pepaya gantung/Kates rambei (Carica papaya, L.)

Bagian yang Dimanfaatkan

Kategori

Caesalpiniaceae

Daun, buah, batang

a, d, e

Lauraceae

Daun, buah, batang

a, b, c

Moraceae

Daun, buah

a, b, g

Liliaceae

Daun

a, d

Liliaceae

Umbi

a, d

Liliaceae

Umbi

a, d

Asteraceae

Daun

a, g

Piperaceae

Buah

a

Solanaceae

Buah

a, d

Guttiferae

Buah, kayu

a, c

Punicaceae

Daun, kulit buah

a, e

Myrtaceae

Daun

a, d, f

Zingiberaceae

Rimpang

a, d

Myrtaceae

Daun, buah, batang

a, b, c

Arecaceae

Rimpang

a, g

Rutaceae

Kulit buah, daun

a, b, d

Rutaceae

Kulit buah, kulit

a, b, d

Labiatae

Buah

a, d

Caricaceae

Daun, akar, batang

a, b, g


20 21

Keemiri/Kemere (Aleuritess moluccana Willd) W Keencur/Kencor (Kaemppferia galanga a L.)

Euphorbiiaceae

Buah, batangg

a,, d, f

Zingiberaaceae

Rimpang

a, a d

22

Menggkudu/Koddh hu’ Rubiacceae Buah, daunn (Morinda citrifolia L.) 23 Rimpang mukunci/Konceeh Zingiberaaceae Tem (Boesenberggia pandurata a (Roxb.) Schlecht) 24 Rimpang Kuunyit/Konyi’ Zingiberaaceae (Curcum ma domestica Val) 25 Rimpang Kunyit putih/Konyi’ pote Zingiberaaceae (Curcuma zeedoaria (Berg..) Roscoe) 26 Rimpang Leengkuas/Laos Zingiberaaceae (Alpinia galanga g (L.) Swartz) S 27 Miimba/mimbeh Meliaceae Daun, D buah,battang (Azadirachtta indica A.H.L. Juss.) 28 Palmaae K Kelapa/Nyior Buah, B kulit bua uah, (Coccos nucifera L.) L batang 29 Pala/Paala Myristicaaceae Buah (Myristiica fragrans Houtt) H 30 Rimpang Banngle/Pandhiang g Zingiberaaceae (Zingiberr purpureum Roxb.) R 31 Buah, batangg Pinang/Penang Palmaae (Areeca catechu L.) 32 M Merica/Sa’ang Piperacceae Buah (Pipper nigrum L.) 33 Daun Piperacceae Sirih/Sere (P Piper betle L.) 34 Rimpang Temuhiitam/Temucellleng Zingiberaaceae (Curcumaa aeruginosa Roxb.) R 35 Rimpang Temullawak/Temulaabek Zingiberaaceae (Curcuma xanthorrhiza Roxb.) Keterangan: e. hias a. obat-obbatan b. buah-bbuahan f. ritual dan upaacara keagamaaan c. bahan bbangunan g.. lainnya (keraajinan tangan, makanan terrnak) d. bumbuu masakan Peemanfaatan tuumbuhan obat oleh masyaraakat Sumenepp beragam, umumnya tumbuhan oobat dimanfaaatkan berdasarrkan pengetah huan lokal yyang telah diw wariskan secarra turun-temu urun. Masyaraakat Sumenepp memanfaattkan tumbuh han obat unntuk

a, b, g a, a d

a,, d, f a, a d a, a d a, c, g b,, c, f a,, d, f a,, f, g a,, c, f a, a d a, a f a, a g a, a g

berrbagai keperlu uan, diantarannya untuk jam mu, bahan maakanan (sayurran dan bumbbu masak), hias, bahan ban ngunan dan peerabot rumah tangga, acaraa ritual dan lain nnya.

35%

23 3%

% 22% 12%

3%

oba at‐obatan

buah‐buaahan

5% 1%

1%

sayuran

Gambarr 1. Persentasee jenis pemannfaatan tumbuh han obat oleh masyarakat SSumenep JURNAL MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM / Vol. 16 No. 1, Januari 2013

29

KESIMPULAN Tumbuhan obat yang dimanfaatkan sebagai bahan jamu Madura di Kabupaten Sumenep berjumlah 119 jenis. Jenis pemanfaatan tumbuhan obat oleh masyarakat Sumenep, yaitu untuk obatobatan 35%, buah-buahan 23%, sayuran 12%, bahan bangunan 3%, bumbu masakan 22%, tumbuhan hias 5%, ritual 1% dan keperluan lainnya 1%. DAFTAR PUSTAKA Allorerung, D., Kemala, S., Rostiana, O., Rizal, M., Rahardjo, M., Yuliani, S., Sugiharto., 2005,Prospek dan arah pengembangan agribisnis tanaman obat. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian. Backer, A. Van Den Brink, Bakhuizen, 1968, Flora of Java (Volume I, II, III), GronigenNetherland: Published Under the Auspices of the Rijkserbarium, Leyden. Handayani, L., 2003,Membedah rahasia ramuan Madura, Agromedia Pustaka, Jakarta. Rifa’i, M.A., 2000, Pingit, pijet dan pepahit: Peran dalam kosmetik tradisional Indonesia seperti dicerminkan di daerah Madura.http://dbp.gov.my/mab2000/pene rbitan/rampak/rspijet21.pdf. diakses tanggal 12 mei 2009. Zuhud, A., 2003,Pengembangan obat berbasis konsep bioregional (contoh kasus di kawasan Meru Betiri Jawa Timur), Makalah Filsafat Sains: Program Pascasarjana IPB, Bogor.

30


PENINGKATAN KUALITAS MINYAK CENGKEH DAN MINYAK NILAM MELALUI PROSES PENJERNIHAN Alfinda Novi Kristanti1, Nanik Siti Aminah1, Hery Suwito1, Hamami1 1 Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Kampus C, Jl. Mulyorejo Surabaya e-mail : ABTRACT Essential oil of clove leaves and patchouli leaves are important commodity of Indonesian essential oils. However, the Indonesian essential oils face two major problems, the low quality and fluctuating prices. One cause of those problems was the production process that has not been standardized. All the traditional distillation apparatus of patchouli and clove oil were made of iron. This caused the essential oils produced is dark and cloudy because the contamination of Fe, so the price is also low. Dark and cloudy essential oils can be purified by physical or chemical method. Chemical methods can be performed using simple equipment but requires an additional chemical. Chelating method is one of chemical method that is easy and simple. Chelating method is a metal binding process by a compound possessing more than one pair of free electrons. From the previous research, EDTA has been known that was able to purify the patchouli oil and clove oil at the laboratory scale. Related to this research and applying this technology, a simply instrument was created and can be operated easily by the traditional farmers. The results showed that the quality of essential oil could be improved using this instrument to give clear oil with the increasing price. Keywords : essential oil, patchouli oil, clove oil, chelating method, EDTA PENDAHULUAN Minyak atsiri dari daun cengkeh dan daun nilam merupakan dua jenis minyak atsiri yang menempati posisi penting dalam perdagangan dunia karena kedua minyak atsiri tersebut merupakan komoditi eksport minyak atsiri andalan Indonesia. Perkiraan pemakaian minyak cengkeh dunia saat ini sekitar 3500 ton/tahun dan Indonesia adalah produsen utama dengan total produksi sekitar 2500 ton/tahun (2007). Pengguna utamanya adalah industri kimia aromatik, flavor & fragrance dan farmasi, sedangkan perkiraan pemakaian minyak nilam dunia pada tahun 2006 adalah sekitar 1500 ton/tahun. Sama dengan minyak cengkah, Indonesia adalah juga produsen utama minyak nilam. Pemakai utamanya adalah industri fragrance (Mulyadi, 2010). Secara nasional, minyak atsiri produksi Indonesia dihadapkan pada dua masalah utama, yaitu mutu yang rendah dan harga yang berfluktuasi. Mutu minyak atsiri yang rendah merupakan akumulasi dari mutu bahan baku tanaman penghasil minyak atsiri yang rendah dan tidak seragam, penggunaan alat penyuling dan teknologi proses yang belum terstandar, serta kurangnya penghargaan bagi minyak atsiri yang bermutu baik (Rizal dan Djazuli, 2006). Peningkatan harga minyak atsiri produksi Indonesia dapat diupayakan melalui penggunaan bahan baku yang bermutu, pengolahan dengan teknologi tepat guna, serta peningkatan efisiensi proses produksi dan pemasaran. Minyak atsiri adalah bahan yang mudah menguap sehingga mudah dipisahkan dari bahan–bahan lain yang terdapat dalam tumbuhan. Minyak atsiri yang berasal dari tumbuhan dapat diperoleh melalui tiga cara yaitu penyulingan, ekstraksi menggunakan pelarut, pengempaan dan enfleurasi. Dari ketiga cara tersebut, cara yang paling banyak digunakan adalah dengan penyulingan. Proses penyulingan masih dibagi menjadi 3 cara yaitu penyulingan dengan air, penyulingan dengan air dan uap dan penyulingan dengan uap

(Santoso, 1992). Yang paling umum dilakukan di industri tradisional penghasil minyak atsiri adalah penyulingan dengan air dan uap. Sebenarnya, yang perlu mendapat perhatian pada proses penyulingan ini adalah pemilihan logam yang digunakan untuk alat penyuling. Logam tersebut harus tidak bereaksi dengan uap air dan uap minyak atsiri. Bahan yang ideal dipakai adalah baja tak berkarat (stainless steel) atau kaca tahan panas, tetapi kedua bahan tersebut adalah bahan yang mahal. Semua penyuling tradisional minyak nilam dan minyak daun cengkeh menggunakan alat penyuling yang terbuat dari logam besi. Hal ini menyebabkan minyak atsiri yang dihasilkan berwarna gelap dan keruh karena minyak terkotori oleh Fe sehingga nilai jualnya rendah (Ma’mun, 2008). Masalah yang sama terjadi pada para petani tradisional penghasil minyak cengkeh dan minyak nilam yang ada di Wonosalam Kabupaten Jombang. Wonosalam adalah sebuah kecamatan di Kabupaten Jombang, Jawa Timur. Kecamatan ini terletak di dataran tinggi di lereng gunung Anjasmara di sebelah tenggara Kota Jombang. Mayoritas penduduk Kecamatan Wonosalam adalah petani. Kecamatan Wonosalam merupakan sentra perkebunan kopi, kakao, cengkeh dan durian. Di kecamatan Wonosalam terdapat cukup banyak petani penyuling minyak cengkeh dan minyak nilam. Selanjutnya minyak cengkeh dan minyak nilam hasil sulingan dibawa ke Dampit-Malang untuk dijual. Pihak penerima inilah yang menentukan harga jual minyak yang dibawa dari Wonosalam berdasarkan kualitas yang mereka tentukan. Seperti yang telah diuraikan di atas, minyak cengkeh dan minyak nilam produksi Wonosalam inipun berwarna kehitaman karena ketel penyulingan yang dipakai terbuat dari besi. Harga jual di Dampit-Malang berfluktuasi tergantung kualitas minyak atsiri yang dihasilkan. Dengan kata lain, keuntungan yang akan


31

diterima petani akan meningkat jika kejernihan minyak yang dihasilkan juga meningkat. Minyak atsiri yang keruh dapat dimurnikan dengan cara penyulingan ulang (cara fisika) atau dengan cara pengkelatan (cara kimia). Umumnya, pemurnian cara fisika memerlukan peralatan yang spesifik dengan minyak hasil pemurnian yang lebih jernih dan kadar komponen utamanya yang juga lebih tinggi, tetapi para petani tentunya memerlukan modal yang lebih besar untuk menambah peralatan. Metode pemurnian secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan yang sederhana tetapi memerlukan suatu tambahan bahan kimia (Hernani dan Marwati, 2006). Tersedia banyak pilihan untuk bahan pengkelat yang dapat digunakan dalam proses pemurnian minyak atsiri. Metode pengkelatan merupakan cara yang mudah dan menguntungkan. Namun demikian, penelitian selama ini hanya dilakukan dalam skala laboratorium dan belum pernah dilaporkan penggunaan metode ini pada skala home industry. Pengkelatan merupakan proses pengikatan logam oleh suatu senyawa yang memiliki lebih dari satu pasang elektron bebas. Seringkali metode pengkelatan juga disebut dengan metode kompleksometri karena yang terbentuk adalah suatu senyawa kompleks. EDTA (ethylenediamine tetra acetate), asam sitrat dan asam tartarat merupakan bahan pengkelat yang sering digunakan dalam pemisahan logam dari suatu campuran (Ma’mun, 2008). Dari penelitian yang dilakukan oleh Ma’mun tersebut, diketahui bahwa

EDTA dapat memurnikan minyak nilam dan minyak cengkeh lebih baik daripada asam tartarat dan asam sitrat dengan konsentrasi efektif 1,5% dan waktu pengadukan 90 menit pada suhu kamar. Penelitian sejenis yang pernah dilakukan menunjukkan bahwa penjernihan juga dapat dilakukan menggunakan EDTA dengan kemurnian rendah (teknis). Dari penelitian tersebut diketahui bahwa minyak cengkeh dapat dijernihkan menggunakan EDTA 3,5% sedangkan minyak nilam dijernihkan menggunakan EDTA 2,5% (Kristanti dkk. 2011). KEGIATAN YANG DILAKUKAN Proses yang dipilih untuk menjernihkan minyak atsiri ini adalah proses pengkelatan menggunakan EDTA teknis. EDTA adalah bahan kimia yang harganya murah dan mudah diperoleh. Proses pengkelatanpun dapat dilakukan dengan cara yang amat sederhana. Minyak atsiri cengkeh dan nilam masingmasing diaduk dengan EDTA 3,5% dan 2,5% selama 120 menit pada suhu kamar, tanpa pemanasan. Pengadukan dilakukan dalam alat yang dibuat dari hasil inovasi dengan kapasitas 5 liter. Setelah proses pengkelatan selesai, EDTA yang telah mengikat logam Fe dapat dipisahkan dari minyak cengkeh/minyak nilam dengan menambahkan air. Fe-EDTA larut dalam air sehingga dapat dipisahkan dari minyak cengkeh/minyak nilam. Gambaran dari proses yang ditawarkan pada petani tradisional untuk meningkatkan kualitas produknya tertera pada Gambar 1.

Gambar 1. Proses pemurnian minyak atsiri HASIL DAN PEMBAHASAN Lokasi sasaran kegiatan ini adalah kelopok petani di Desa Wonosalam Kabupaten Jombang yang berjarak kurang lebih 90 km dari Peruguruan Tinggi tim pelaksana penelitian. Persoalan yang ditangani pada kegiatan ini adalah keruhnya minyak cengkeh dan

32

minyak nilam yang dihasilkan, bahkan hitam sehingga harga jualnya menjadi rendah. Penyebab diduga terutama berasal dari ketel penyulingan yang terbuat dari besi, sehingga produk minyak cengkeh dan nilam yang dihasilkan terkontaminasi oleh Fe. Inilah yang membuat minyak menjadi berwarna hitam. Foto


minyak cengkeh dan minyak nilam yang dihasilkan oleh petani di desa Wonosalam-Jombang ditampilkan pada Gambar 2.

minyak cengkeh

Dari perbedaan yang sangat signifikan tersebut, diperlukan upaya agar minyak yang diproduksi petani tradisional dapat meningkat kejernihannya. Kegiatan dilaksanakan dalam beberapa tahap. Yang pertama adalah merealisasikan pembuatan alat yang digunakan untuk menjernihkan minyak cengkeh dan minyak nilam. Untuk itu tim pelaksana membuat draft/skema alat dan mendiskusikannya dengan seorang pengusaha mikro yang memproduksi alat-alat bermesin.

minyak nilam

Gambar 2. Foto minyak cengkeh dan minyak nilam produksi petani di desa Wonosalam,Jombang Sebagai perbandingan, minyak yang sama jika diproduksi di laboratorium berwarna kuning jernih. Gambar 3 menampilkan foto minyak cengkeh dan minyak nilam hasil penyulingan di laboratorium.

Gambar 4. Alat penjernih minyak atsiri hasil inovasi Setelah alat yang dimaksud telah jadi dan siap digunakan, dilakukan pemurnian minyak cengkeh dan minyak nilam di laboratorium. Untuk itu minyak cengkeh diaduk dengan EDTA 3,5 %, sedangkan minyak nilam diaduk dengan EDTA 2,5%, masingmasing diaduk selama 2 jam (Kristanti dkk, 2011). Hasil penjernihan tertera pada Gambar 5. minyak cengkeh

minyak nilam

Gambar 3. Minyak cengkeh dan minyak nilam hasil penyulingan di laboratorium

Minyak cengkeh sebelum dijernihkan

Minyak cengkeh setelah dijernihkan


33

Minyak nilam sebelum dijernihkan Minyak nilam setelah dijernihkan Gambar 5. Minyak cengkeh dan minyak nilam sebelum dan setelah proses penjernihan Karena kekeruhan diduga berasal dari Fe, maka selanjutnya kadar Fe dianalisis untuk membandingkan antara minyak atsiri hasil produksi petani tradisional, minyak atsiri hasil penjernihan dan minyak atsiri hasil isolasi di laboratorium. Tabel 1 berikut menggambarkan perbedaan kadar Fe. Tabel 1. Perbandingan kadar Fe dalam minyak atsiri KADAR Fe MINYAK CENGKEH MINYAK NILAM EDT Hasil Hasil EDTA Produk Produk A isolasi di isolasi di teknis si si teknis laboratoriu laboratoriu 3,5% petani petani 2,5% m m 27.552 13.803 82.591 7.451 0 2 1

Setelah diketahui hasil dari proses penjernihan, dilakukan penelusuran di pedagang besar minyak atsiri yang menjual berbagai minyak atsiri dengan berbagai kualitas, untuk mengetahui perbedaan harga minyak sebelum dan setelah proses penjernihan. Negosiasi dilakukan. Tahapan selanjutnya adalah implementasi proses penjernihan tersebut di kelompok petani penghasil miyak cengkeh dan minyak nilam desa Wonosalam Jombang. Implementasi dilakukan dengan jalan mendemonstrasikan alat penjernih di hadapan kelompok petani dan memperlihatkan perbedaan minyak yang diperoleh antara sebelum dan setelah proses penjernihan. Diberikan juga penjelasan mengenai biaya yang harus dikeluarkan untuk melakukan proses penjernihan ini dan potensi harga minyak setelah dijernihkan sehingga para petani dapat menghitung kelayakan menggunakan alat penjernih ini. KESIMPULAN Metode pengkelatan dengan EDTA dapat digunakan untuk menjernihkan minyak cengkeh dan minyak nilam hasil penyulingan petani tradisional dengan mengurangi kadar Fe

34

SARAN Memanfaatkan minyak atsiri yang telah dimurnikan untuk memproduksi berbagai produk hilir berbasis minyak atsiri UCAPAN TERIMA KASIH

Kepada Direktur DP2M atas dana Pengabdian kepada Masyarakat 2012 DAFTAR PUSTAKA Bugter, M; Zhang, G., 2006, Application of Micronutrients, IFA International Workshop on Micronutrients, Kunming, China Hernani; Marwati, T., 2006, Peningkatan mutu minyak atsiri melalui proses pemurnian, Makalah, Konferensi Nasional Minyak Atsiri, Solo, September 2006. Kristanti, A.N.; Tanjung, M.; Suwito, H.; Hamami, 2011, Diversifikasi industri atsiri Indonesia ; Produksi Eugenol dan Patchouli Alkohol kualitas eksport serta pupuk kombinasi, Laporan Penelitian Hibah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya. Ma’mun, 2008, Pemurnian Minyak Nilam dan Minyak daun Cengkeh Secara Kompleksometri, Jurnal Littri, Vol. 14 (1), 36-43. Rizal, M.; dan Djazuli, M., 2006, Startegi Pengembangan Minyak Atsiri Indonesia, Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 28 (5), 13-14 Santoso, H. B., 1992, Sereh Wangi. Bertanam dan Penyulingan, Penerbit Kanisius, Yogyakarta.


PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MEMBRAN FOTOKATALITIK KOMPOSIT KITOSANSELULOSA DIASETAT-TiO2 UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH ZAT WARNA TEKSTIL CONGO RED Della Ratna Febriana1*, Siti Wafiroh1, dan Harsasi Setyawati1 Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Surabaya, Indonesia *email : [email protected]

1

ABSTRACT Membrane was applied in many people's lives, one example in the textile dye wastewater treatment. The purpose of this study is to synthesis and characterize chitosan membrane with the addition of cellulose diacetate and TiO2 to treat textile dyes waste congo red. Chitin was isolated from crab shells and then synthesized into chitosan through the 4 stages are deproteination, demineralization, depigmentation and deacetylation. Cellulose was isolated from kepok banana stem then synthesized into a cellulose diacetate through 3 stages such as the swelling stage, the acetylation stage and hydrolysis. Membranes prepared by phase inversion method. Chitosan membrane added with variation of cellulose diacetate concentration 2%, 4%, 6%, 8% and 10%. The membranes are tested about mechanical properties. Chitosan-cellulose diacetate membrane which have optimum mechanical properties then added with variation of TiO2 concentration 0,1%, 0,15%, 0,2%, 0,25% and 0,3%. The membranes are characterized include thickness, mechanical properties, performance membrane. The optimum membranes applied for wastewater treatment of textile dye congo red. The optimum composition of membrane for wastewater treatment of textile dye congo red is concentration of chitosan 3%, cellulose diacetate 4% and TiO2 0,3%. The characterization results of membrane include thickness of 0,01 mm, stress 0,02250 kN/mm2, strain 0,05767, modulus young 0,39015 kN/mm2, flux 1061, 54 L/m2 days, dan rejection 99,60 %. The result of application membrane in wastewater treatment of textile dye congo red with flux 715,529 L/m2 days and rejection 92,19 %. Keywords: membrane, chitosan, cellulose diacetate, TiO2, congo red PENDAHULUAN Industri tekstil merupakan industri yang perkembangannya cukup pesat di Indonesia. Industri tekstil merupakan kontributor penting dalam pencemaran lingkungan, khususnya lingkungan perairan karena limbah zat warna yang dihasilkannya. Pembuangan air limbah ke sungai dari industri yang menggunakan pewarna akan menimbulkan masalah lingkungan yang serius. Selain itu, sebagian besar pewarna bersifat mutagenik dan karsinogenik (Gong et al., 2005). Pewarna yang paling banyak terdapat dalam limbah tekstil adalah zat warna azo. Zat warna azo yang terdapat dalam limbah tekstil yaitu sekitar 60 %70 %. Salah satu contoh senyawa azo adalah congo red. Apabila congo red termetabolisasi akan menghasilkan benzidine yang diketahui bersifat karsinogen bagi manusia dan dapat menyebabkan respon alergi (Han et al., 2008). Upaya pengolahan limbah tekstil telah banyak dilakukan seperti adsorpsi (Alkan et al.,2005), biodegradasi, khlorinasi, dan ozonisasi (Muthukumar et al., 2004). Namun metode tersebut memiliki kelemahan seperti kapasitasnya rendah, dibutuhkan material bahan yang banyak, biaya operasional cukup mahal sehingga diperlukan suatu inovasi untuk mengatasi kelemahan tersebut. Teknologi membran merupakan salah satu inovasi dalam pengolahan limbah tekstil. Keunggulan teknologi membran antara lain yaitu pemisahan dengan membran tidak membutuhkan zat kimia tambahan, kebutuhan energinya rendah, pemisahan berdasarkan ukuran molekul sehingga dapat dioperasikan pada temperatur rendah, dan juga membran dapat digabungkan dengan metode lainnya. Material yang

banyak dijadikan bahan membran adalah kitosan dan selulosa diasetat. Bahan-bahan tersebut memiliki keunggulan seperti sifat mekanik yang kuat, biodegradable, tidak beracun, murah dan mudah di dapatkan (Khor et al., 2002). Selain menggunakan metode membran, metode fotodegradasi juga merupakan metode yang relatif murah serta mudah diterapkan. Metode fotodegradasi ini membutuhkan katalis biasanya TiO2 untuk degradasi atau oksidasi zat pewarna organik (Libanori et al., 2008) karena aktivitas katalitik yang kuat dan keberadaannya di alam cukup melimpah (Drioli et al., 2009). Sofiana (2011) membuat membran selulosa diasetat komposit TiO2 yang diaplikasikan untuk degradasi congo red murni. Hasilnya congo red yang terdegradasi sebesar 83,23%. Membran tersebut memiliki nilai fluks sebesar 11251,1 L/m2hari , rejeksi sebesar 95,34%, stress sebesar 63,83 N/cm2, strain sebesar 0,03 dan modulus young sebesar 1926,45 N/cm2. Peneliti menggunakan selulosa diasetat untuk memperbesar nilai fluks dan TiO2 untuk material anti fouling. Sedangkan Ernasuryaningtyas (2011) membuat untuk membran komposit kitosan-PEG-TiO2 pengolahan air sumur. Membran tersebut memiliki nilai fluks sebesar 1445,37 L/m2hari, rejeksi sebesar 98,89%, stress sebesar 5,8594x10-3 kN/mm2, strain sebesar 0,1015 dan modulus young sebesar 0,0577 kN/mm2. Peneliti menggunakan PEG untuk memperbesar pori karena kitosan memiliki pori yang kecil. Fungsi TiO2 dalam penelitiannya yaitu sebagai material anti bakteri. Oleh sebab itu perlu penelitian lebih lanjut tentang membran variasi komposit lain yaitu kitosan-selulosa diasetat-TiO2 digunakan untuk


35

memperoleh membran dengan sifat optimum baik dari kinerja maupun mekaniknya. Dalam penelitian ini disintesis membran kitosan-selulosa diasetat-TiO2 untuk degradasi zat warna tekstil Congo red. Selulosa diasetat diperoleh dari kulit batang pisang kepok dengan kitosan dari cangkang rajungan Portunus pelagicus dikompositkan sebagai material pembuatan membran. Membran kitosan yang memiliki pori yang kecil tidak efektif untuk proses pemisahan sehingga perlu ditambahkan selulosa diasetat untuk memperbesar pori. Konsentrasi selulosa diasetat yang ditambahkan bervariasi yaitu 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% (b/v). Membran yang dihasilkan diuji sifat mekaniknya. Membran yang mempunyai sifat mekanik optimum kemudian dicampur dengan suspensi TiO2 dalam metanol dengan variasi 0,1%; 0,15%; 0,2%; 0,25%; 0,3% (b/v). Pencetakan membran menggunakan metode inversi fasa. Membran yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi meliputi uji kinerja, uji tarik (stress, strain, Modulus Young), FTIR, dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Membran yang dihasilkan diaplikasikan untuk mengolah limbah zat warna tekstil congo red. Uji efektivitas membran untuk mengolah limbah zat warna tekstil congo red dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. METODE PENELITIAN Alat penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas yang lazim digunakan dilaboratorium, seperangkat alat refluks, neraca analitik, bak koagulasi, sel filtrasi dead end, mortar, oven, FTIR Bruker Tensor, Spektrofotometer UV-Vis Mapada UV-6100PCS , autograph AG-10 TE Shimadzu, SEM, dan reaktor fotokatalitik. Bahan penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah akuades, NaOH teknis, aseton pro analisis, Ca(OH)2 teknis, formamida pro analisis, suspensi TiO2 dalam metanol, congo red pro analisis, asam asetat glasial pro analisis, anhidrida asetat pro analisis, NaOCl teknis, HCl teknis, kitosan dari cangkang rajungan, selulosa diasetat dari kulit batang pisang kepok. Prosedur Kerja Pada penelitian ini dilakukan sintesis selulosa diasetat, kitosan dan membran fotokatalitik. Tahap pertama yaitu sintesis selulosa diasetat. Kulit batang pisang dipotong dengan ukuran 1-2 cm kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari. Setelah kering, kulit batang pisang direndam dengan larutan Ca(OH)2 2,5% selama 7 hari. Kemudian dicuci hingga netral lalu dimasukkan ke dalam labu alas bulat yang telah diisi dengan 150 mL larutan NaOH 17,5% lalu campuran tersebut direfluks selama 4 jam. Selanjutnya campuran tersebut dicuci dengan akuades hingga bebas basa dan di oven pada suhu 600C hingga kering. Sebanyak 10 gram pulp kering dari kulit batang pisang ditambahkan 88 mL akuades dalam gelas beker yang telah dipanaskan pada suhu 60ºC, kemudian

36

campuran tersebut diaduk hingga bertekstur seperti bubur. Campuran didinginkan lalu ditambahkan dengan 100 mL NaOCl 5% dan didiamkan selama 30 menit sambil terus diaduk. Kemudian pulp dibilas dengan akuades dan direndam kembali dengan NaOH 2% dan dibiarkan selama 30 menit kemudian dicuci dengan akuades hingga bebas basa yang diuji dengan menggunakan kertas lakmus kemudian dikeringkan di udara terbuka. Pulp kulit batang pisang yang telah dibleaching sebanyak 10 gram ditambahkan asam asetat glasial 24 mL, dan diaduk menggunakan magnetic stirer pada suhu 40ºC dalam waktu 1 jam. Setelah itu ditambahkan dengan campuran 60 mL asam asetat glasial dan 0,5 mL H2SO4, kemudian diaduk lagi dengan pengaduk magnetik selama 45 menit pada suhu 400C. Campuran didinginkan dan ditambahkan anhidrida asetat sebanyak 27 mL yang telah didinginkan pada suhu 180C dan diaduk selama 3 jam pada temperatur 400C. Tahap selanjutnya ditambahkan asam asetat glasial 67% sebanyak 30 mL dilakukan tetes demi tetes selama 3 jam pada temperatur 40ºC dan diaduk lagi selama waktu hidrolisis 15 jam. Setelah itu larutan diendapkan dengan menambahkan akuades tetes demi tetes dan diaduk hingga diperoleh endapan putih. Endapan yang terbentuk disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral kemudian dikeringkan pada oven dengan suhu 60-70ºC. Selulosa yang terbentuk kemudian dikarakterisasi meliputi uji kelarutan selulosa diasetat dalam aseton, penentuan berat molekul rata-rata dengan viskometer Ostwald dan analisis gugus fungsi FT-IR. Tahap kedua yaitu sintesis kitosan diawali dengan cangkang rajungan dicuci sampai bersih kemudian direbus dalam air mendidih selama 15 menit. Lalu cangkang rajungan dikeringkan di bawah sinar matahari. Setelah benar-benar kering, cangkang rajungan tersebut diblender hingga halus kemudian diayak. Proses transformasi kitin menjadi kitosan melalui beberapa tahap yaitu deproteinasi, demineralisasi, depigmentasi dan deasetilasi. Tahap deproteinasi yaitu serbuk cangkang rajungan ditambahkan larutan NaOH 3,5% dengan perbandingan antara serbuk cangkang rajungan dengan larutan NaOH 1:10 (w/v). Proses ini dilakukan pada temperatur 65oC dengan pengadukan selama + 2 jam. Kemudian serbuk ini disaring lalu dicuci menggunakan akuades hingga netral kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 65oC sehingga diperoleh crude kitin. Tahap selanjutnya yaitu demineralisasi yaitu crude kitin ditambahkan larutan HCl 2N dengan perbandingan antara kitin kasar dan larutan HCl 1:15 (w/v). Kemudian dilakukan pengadukan pada suhu kamar selama 30 menit. Kitin kasar disaring dan dicuci dengan akuades hingga netral kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC sehingga diperoleh kitin. Pada tahap depigmentasi, kitin diputihkan dengan menggunakan aseton dan diaduk terus selama + 2 jam. Hasil perendaman lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 1100C sampai kering. Tahap akhir yaitu deasetilasi di mana kitin hasil depigmentasi ditambah dengan larutan NaOH


50% dengan perbandingan antara kitin dan larutan NaOH 1:10 (w/v). Campuran direbus selama 2 jam pada temperatur + 120oC, lalu disaring dan dicuci dengan akuades hingga netral lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 65oC sampai kering dan diperoleh kitosan. Kitosan yang terbentuk kemudian dikarakterisasi meliputi uji kelarutan kitosan dalam asam asetat 2 %, penentuan berat molekul rata-rata, analisis derajat deasetilasi dan analisis FT-IR. Tahap ketiga yaitu sintesis membran fotokatalitik diawali dengan selulosa diasetat dengan variasi konsentrasi 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% (% b/v) direaksikan dengan kitosan 3% (% b/v) dan formamida 8% (%v/v) yang diletakkan dalam labu erlenmeyer bertutup dan diaduk dengan pengaduk magnetik sampai larutan homogen dan didiamkan selama semalam. Larutan dope membran yang bebas gelembung kemudian dicetak dalam cawan petri. Selanjutnya membran dikeringkan dalam oven dengan suhu penguapan 800C sampai diperoleh lapisan kering. Setelah itu cawan petri dituangi dengan NaOH 4% untuk membantu melepaskan membran dari cetakan. Membran yang diperoleh lalu dicuci dengan air mengalir untuk menghilangkan sisa-sisa pelarut. Membran dikeringkan di udara terbuka, lalu diuji sifat mekaniknya untuk mengetahui membran yang mempunyai komposisi selulosa diasetat yang optimum. Setelah diperoleh komposisi yang optimum, mengulangi prosedur diatas dengan menambahkan suspensi TiO2 dalam metanol dengan variasi 0,1%, 0,15%, 0,2%, 0,25%, dan 0,3% ke dalam membran. Kemudian dilakukan uji kinerja dan efektivitas membran fotokatalitik kitosan-selulosa diasetat-TiO2 uji sifat mekanik dengan autograph, uji kinerja dengan alat sel filtrasi dead end, analisis FT-IR dan SEM. Setelah membran optimum dikarakterisasi, kemudian ditentukan waktu optimum dalam mendegradasi congo red. Larutan congo red sebanyak 100 mL dimasukkan ke dalam gelas beker dikontakkan dengan membran yang memiliki sifat optimum kemudian disinari UV dalam reaktor fotokatalitik dengan berbagai variasi waktu yaitu 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, dan 180 menit. Larutan congo red sebelum da sesudah penyinaran diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis sehingga diketahui konsentrasi congo red sisa. Langkah terakhir yaitu aplikasi membran untuk pengolahan limbah zat warna tekstil. Larutan limbah tekstil congo red disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman ukuran 42. Kemudian larutan limbah tekstil congo red yang telah disaring, diambil 150 mL yang dimasukkan ke dalam gelas beaker lalu diukur absorbansi pada panjang gelombang maksimum. Selanjutnya larutan limbah tekstil congo red tersebut dikontakkan secara langsung dengan membran fotokatalitik dalam reaktor fotokatalitik dan disinari lampu UV selama waktu optimumnya. Kemudian, limbah tekstil congo red yang telah dikontakkan dengan membran diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Tahap selanjutnya penentuan kinerja membran dengan mengukur nilai fluks dan rejeksi menggunakan alat sel filtrasi dead end.

HASIL DAN PEMBAHASAN Kulit batang pisang kering direndam dengan larutan Ca(OH)2 2,5% sebanyak 200 mL selama 7 hari dengan tujuan untuk mereaktifkan serat. Kemudian batang pisang dicuci dengan akuades lalu batang pisang direaksikan dengan larutan NaOH 17,5% lalu campuran tersebut direfluks selama 4 jam. Tujuan dari proses refluks ini adalah untuk menghilangkan lignin dan hemiselulosa yang terdapat dalam kulit batang pisang. Setelah proses refluks selesai, campuran dicuci dengan akuades lalu kulit batang pisang dioven pada suhu 600C hingga kering. Pulp hasil penelitian ini sebesar 80,75 gram dengan rendemen 22,43%. Pulp kering dari kulit batang pisang direndam dengan akuades lalu dipanaskan hingga berbentuk bubur. Kemudian bubur didinginkan lalu ditambahkan dengan 100 mL NaOCl 5% dan didiamkan selama 30 menit sambil terus diaduk. Bleaching bertujuan untuk menghilangkan lignin yang masih tersisa setelah proses refluks. Untuk menyempurnakan proses degradasi lignin, maka pulp direndam kembali dengan NaOH 2% dan dibiarkan selama 30 menit kemudian pulp dikeringkan di udara terbuka. Bleaching pulp pada penelitian ini menghasilkan pulp sebesar 29,35 gram dengan rendemen 36,35%. Sintesis selulosa diasetat meliputi 3 tahap yaitu tahap penggembungan, tahap asetilasi dan tahap hidrolisis. Tahap penggembungan dimana pulp direaksikan dengan asam asetat glasial. Asam asetat glasial di sini berperan sebagai sweeling agent. Sweeling agent bertujuan untuk menggembungkan serat-serat selulosa dan mereaktifkan selulosa agar dapat bereaksi dengan anhidrida asetat. Kemudian ditambahkan asam asetat glasial lagi dan H2SO4. Pada tahap asetilasi a campuran ditambahkan dengan anhidrida asetat yang telah didinginkan dan diaduk selama 3 jam pada suhu 400C. Anhidrida asetat berperan sebagai sumber gugus asetil. Pada tahap ini terjadi reaksi subtitusi antara gugus asetil dari anhidrida asetat dengan gugus -OH pada selulosa, yang mengakibatkan selulosa memiliki 3 gugus asetil disebut selulosa triasetat yang berbentuk larutan coklat tua yang sangat kental. Tahap selanjutnya yaitu hidrolisis, dimana ditambahkan asam asetat glasial 67% sebanyak 30 mL dilakukan tetes demi tetes selama 3 jam pada temperatur 40ºC. Asam asetat glasial 67% berperan dalam menghidrolisis gugus asetil pada selulosa triasetat sehingga menjadi selulosa diasetat. Larutan diendapkan dengan menambahkan akuades tetes demi tetes dan diaduk hingga diperoleh endapan berbentuk endapan berwarna putih. Kemudian serbuk tersebut dioven hingga kering. Massa selulosa diasetat yang diperoleh sebesar 32,16 gram dengan rendemen 109,57%. Hasil Karakterisasi Selulosa Diasetat Hasil uji kelarutan menunjukkan selulosa diasetat hasil sintesis larut dalam aseton.. Berat Molekul (BM) selulosa diasetat hasil sintesis sebesar 49.742,03 g/mol. Hasil karakterisasi selulosa dan selulosa diasetat dengan FTIR ditunjukkan pada Gambar 1


37

kitosan meng ggunakan FTIR R ditunjukkaan pada Gambbar 2 (a)

TIR selulosa dan selulosa diiasetat Gambar 1. Spektra FT P Pada spektra FT-IR selullosa diasetat masih terlihat puncak seraapan unit glukopiranosa pada bilangan gelombang 1049,28 cm-1, begitu pula ddengan puncak sserapan -OH H tetap munccul namun ppuncak serapan gugus fungsii -OH pada spektrum seelulosa y lebih rrendah diasetat mempunyai intensitas yang M sspektra dibandinggkan dengann selulosa. Munculnya puncak sserapan baru yaitu pada bilangan b gelom mbang 1751,36 cm-1 yang merupakan m pita p serapan gugus karbonil ester. Terbenntuk ester ini didukung ddengan munculnyya pita serrapan pada daerah billangan gelombanng 1234,44 cm m-1 yang meru upakan pita seerapan yang khas C-O ester daari asetat. Den ngan adanya sspektra baru ini, menunjukkann bahwa selulo osa telah terassetilasi menjadi sselulosa diasettat. formasi Kitin n ke Kitosan n dari Hasil Prroses Transfo Cangkan ng Rajungan T Tranformasi kitin k ke kitosaan melalui bebberapa tahap yaiitu deproteinaasi, deminerallisasi, depigm mentasi dan deeasetilasi. T Tahap deproteinasi ddimana mereaksikkan serbuk caangkang rajun ngan dengan N NaOH 3,5% ,di aduk dengann magnetic sttirer selama 2 jam, dicuci deengan akuadess hingga bebaas basa kemuddian di oven hinngga kering sehingga s diperoleh crude kitin. Massa ccrude kitin yang diperroleh pada tahap deproteinnasi sebesar 613 gram. Massa kitin yang diperolehh pada tahap demineralisasi d i sebesar 91,8 gram. Tahap depigmentasi dimana kitin n direndam ddengan k dicu uci dengan akkuades aseton seelama 2 jam kemudian dan diovven hingga keering. Tahap deasetilasi ddimana kitin direeaksikan dengan NaOH 50% %, direbus sellama 2 jam kemuudian dicuci dan di oven sehingga dipperoleh kitosan. P Penggunaan NaOH N dengan n konsentrasi tinggi pada tahhap ini dikareenakan gugus asetil yangg sulit lepas. K Kitosan yang diperoleh daalam penelitiaan ini sebesar 666,8 gram. K Kitosan y yang terbeentuk kem mudian dikarakteerisasi. Uji keelarutan meru upakan karaktterisasi yang paliing sederhanaa. Kitosan larrut sempurna dalam asam aseetat 2% sedaangkan kitin tidak larut ((Khor, 2001). H Hal ini disebaabkan oleh pembentukan p ikatan hidrogen antara N dari d gugus am mina pada kkitosan dengan H+ dari asam asetat. BM kitosan hasil ssintesis sebesar 5580.744,47 dalton. d Derajaat Deasetilasi (DD) kitin hassil isolasi sebbesar 43,54%. DD kitosann hasil us fungsi kitiin dan sintesis ssebesar 84,433%. Uji gugu 38

(b)

Gambar 2. Hasil spektra FT T-IR kitin (a) dan kitosan (b) Pada spektraa FT-IR kitinn, munculnyaa serapan paada bilangan gelo ombang 29311,80 cm-1 merrupakan vibraasi ulur simetri CH C 3 dan 28855,51 cm-1 merupakan vibraasi ulur C-H, menunjukkan m keberadaan gugus asettil. Serapan pad da bilangan gelombang 1627,92 cm m-1 menunjukkan n pita amidaa I (ulur C=O), C bilangan gelombang 1550,77 cm- 1 merupakan n serapan daari kuk –NH) dann 1381,03 cm-1 menunjukkkan amida II (tek serapan amiida III (ulur ur C-N) juga menandakkan keberadaan gugus g asetil. PPada spektra FT-IR kitosaan, muncul punccak serapan pada bilang gan gelombanng 2924,09 cm-1 mempunyyai intensitass lebih lem mah daripada 2931,80 cm-1 padda spektra FT--IR kitin, hal ini i n telah hilanggnya sebagiaan gugus aseetil menunjukkan akibat prosess deasetilasi ddengan basa kuat k konsentraasi tinggi. Adan nya serapan pada bilang gan gelombanng 1658,78 cm-11 yang meruppakan serapan n amina prim mer ditandai deng gan munculnyaa 2 puncak beersebelahan. uatan Membrran Fotokata alitik Komposit Hasil Pembu Kitosan-Selu ulosa Diasetatt-TiO2 Laru utan kitosan 33% (%b/v) dengan d berbaggai variasi larutaan selulosa ddiasetat 2%,4 4%,6%,8% dan d 10% (%b/v) direaksikan d deengan formam mida 8% (%v//v) dalam erlen nmeyer bertuutup. Formam mida berperran sebagai zat aditif a untuk m membran. Caampuran laruttan diaduk hingga homogen keemudian didiaamkan semalaam hilangkan gellembung udarra pada laruttan untuk mengh dope membran. Kemudiaan larutan do ope yang bebbas gelembung udara u diambil 5 mL, dicettak pada caw wan petri lalu diioven hinggaa kering. Settelah membrran kering, cawan n petri dituanggi dengan NaOH 4% sebaggai koagulan unttuk membantuu melepaskan n membran daari cawan petri. Membran yyang diperolleh lalu dicuuci m untuuk menghilan ngkan sisa-siisa dengan air mengalir pelarut. Kem mudian membrran ditempatk kan pada plasttik


mika daan dikeringkaan di udara terbuka. H Hal ini bertujuann untuk memiinimalisir men ngerutnya meembran setelah keering. M Membran yanng telah keriing lalu diuj i sifat mekaniknnya dengan alat a autograph h untuk menggetahui membrann yang mempuunyai kompossisi selulosa ddiasetat yang optiimum. Pada penelitian p ini diperoleh d kom mposisi selulosa diasetat optiimum yaitu 4% dengan stress mm2. Setelah diperoleh d kom mposisi sebesar 00,02321 kN/m selulosa diasetat yangg optimum, mengulangi m proosedur mbahkan susspensi TiO2 dalam diatas deengan menam metanol ddengan variasi konsentrasi 0,1%, 0,15%, 0,2%, 0,25%, ddan 0,3% ke dalam larutaan dope mem mbran. Kemudiaan dilakukan uji u mekanik daan kinerja meembran mengetahui membran m yang g optimum dalam untuk m mengolahh limbah zat warna w tekstil congo c red.

Stress (kN/mm2)

Karakterisasi Membran Kitosan-Seelulosa Hasil K diasetat-TiO2 P Parameter ujii sifat mekaniik adalah darri nilai stress. M Membran yang memiliki sifaat mekanik terrtinggi adalah m membran kittosan-selulosaa diasetat ddengan konsentraasi TiO2 0,3% yang dap pat dilihat darri nilai stress yaang tinggi. Seemakin banyaak komposisii TiO2 maka seemakin tingggi nilai stresss karena sttruktur membrann yang semaakin rapat sehingga kekkuatan membrann meningkat dan gaya yaang diberikann pada membrann juga semakinn besar. 0 0,025 0,02 0 0,015 0,01 0 0,005 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

Konsentrasi TiO O2 (%)

Gam mbar 4. Perbaandingan nilai stress dengann konseentrasi TiO2 paada membran kitosan-seluloosa d diasetat-TiO 2 U Uji kinerja membran m melip puti nilai flukks dan rejeksi. N Nilai fluks diipengaruhi oleh komposisii TiO2 dalam m membran. Membran dengaan komposisii TiO2 0,1%, 0,,15% dan 0,2% mengalami kenaikan fluks karena ssemakin besaar konsentrasi TiO2 yangg aktif dalam meembran makaa semakin besaar pula kemam mpuan TiO2 dalaam mendegraadasi congo reed menjadi sttruktur yang lebiih kecil sehinngga laju alirran umpan seemakin besar. Naamun ketika konsentrasi k TiO O2 0,25% dann 0,3% nilai flukks mengalami penurunan. Hal H ini dikareenakan adanya proses filtrasi oleh membran n. Proses filtrrasi ini menyebabbkan membraan menjadi beerwarna meraah dan terjadi ppenumpukan solut pada pori-pori p meembran (fouling) sehingga menyebabkan m penyempitann yang 04). menghalaangi laju umpaan (Baker, 200 ((a)

(b)

P nnilai fluks (a)) dan rejeksi (bb) Gambar 5. Perbandingan dengan ko onsentrasi TiO O2 pada memb bran kitosanselulosa ddiasetat-TiO2 Mem mbran yang m memiliki nilai rejeksi r tertingggi yaitu dengan n konsentrasii TiO2 0,3% %. Nilai rejekksi meningkat sebanding denggan meningkattnya konsentraasi TiO2. Semakin tinggi konnsentrasi TiO2 maka semakkin rapat ukuran dan distribussi pori yang dihasilkan oleh mampuan meembran dalaam membran seehingga kem menahan ump pan semakin bbesar. Mem mbran optimuum adalah membran m yanng memiliki sifat mekanik yanng kuat ditand dai dengan nillai stress yang tinggi, kinerjaa yang baik dilihat d dari nillai rejeksi tingg gi dan flukss yang cuku up tinggi pula. Berdasarkan penelitian yyang telah diilakukan, maaka ngan komposisi membran opttimum adalah membran den kitosan 3%, selulosa diaasetat 4% dan TiO2 0,33% dimana nilai stress yang diperoleh sebesar 0,02250 ks 1061,54 L/m m2 hari dan reejeksi 99,60% %. kN/mm2, fluk Hasiil SEM paada permuk kaan membrran komposit optiimum ditunjuk ukkan pada Gaambar 6

mbran kitosannGambar 6. Hasil permukkaan SEM mem selulosa ddiasetat-TiO2 Dari gambar 6 terlihat baahwa membraan ini memiliiki pori dan peersebaran porrinya cukup merata. Paada gambar terseb but terlihat buutiran-butiran putih p TiO2 yanng tidak larut sempurna s padda pembuatan n larutan doppe


39

membran, hal ini dikarenakan TiO2 yang digunakan dalam bentuk suspensi. Hasil spektra FTIR tidak terdapat banyak perbedaan pita serapan yang muncul pada membran kitosan-selulosa diasetat dan membran kitosan-selulosa diasetat-TiO2. Munculnya pita serapan pada spektra FTIR membran kitosan-selulosa diasetat-TiO2 pada bilangan gelombang 370,33 cm-1 dan 339,47 cm-1 menunjukkan adanya ikatan Ti-N. Oleh karena itu terjadi ikatan kimia antara TiO2 dengan kitosan pada

membran fotokatalitik ini yang ditandai dengan perubahan gugus fungsi. Hasil pengaruh variasi waktu kontak antara membran fotokatalitik komposit kitosan-selulosa diasetat-TiO2 dengan lampu UV terhadap konsentrasi congo red yang tersisa Hubungan antara waktu penyinaran dengan absorbansi congo red ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Grafik hubungan antara waktu penyinaran dengan absorbansi congo red Pada gambar 8 terlihat waktu optimum dalam mendegradasi congo red adalah 180 menit, hal ini dilihat dari penurunan absorbansi congo red yang paling signifikan. Semakin lama waktu penyinaran maka absorbansi dari larutan congo red semakin menurun. Menurunnya absorbansi menandakan konsentrasi congo red yang tersisas juga menurun. Hal ini disebabkan oleh semakin lamanya waktu kontak antara TiO2 dalam membran dengan sinar UV dalam reaktor sehingga kemampuan TiO2 semakin aktif dalam mendegradasi congo red. Hasil Aplikasi Membran Kitosan-Selulosa DiasetatTiO2 untuk Pengolahan Limbah Zat Warna Tekstil Congo Red Pada penelitian ini diperoleh absorbansi limbah tekstil sebesar 1,094 dengan konsentrasi sebesar 4300 ppm. Selanjutnya, limbah tekstil dikontakkan dengan membran dalam reaktor fotokatalitik selama 3 jam lalu diukur absorbansinya, sehingga didapat absorbansi sebesar 0,528 dengan konsentrasi sebesar 2036 ppm maka diperoleh % degradasi sebesar 52,65%. Kemudian dilanjutkan dengan proses dead end yang menghasilkan nilai fluks dan % rejeksi masingmasing sebesar 715,529 L/m2.hari dan 92,19 %. Nilai rejeksi dan fluks yang dihasilkan dari pengolahan limbah zat warna tekstil congo red lebih rendah dibandingkan dengan kinerja membran terhadap sampel congo red murni 100 ppm dengan fluks 1061,540 L/m2.hari dan rejeksi 99,60%. Hal ini disebabkan oleh terlalu banyaknya komponen yang terkandung dalam limbah tekstil tersebut sehingga dapat mengganggu kinerja dari membran yang

40

seharusnya spesifik terhadap zat tertentu. Hasil pengolahan limbah zat warna tekstil congo red ditunjukkan pada Gambar 8. KESIMPULAN 1. Kinerja dan sifat mekanik membran fotokatalitik komposit kitosan-selulosa diasetat-TiO2 yang optimum memiliki komposisi kitosan 3%, selulosa diasetat 4% dan TiO2 0,3% dengan fluks 1061,540 L/m2 hari, rejeksi 99,60%, stress 0,02250 kN/mm2, strain 0,05767, dan modulus young 0,39015 kN/mm2. 2. Efektivitas membran fotokatalitik komposit kitosan-selulosa diasetat-TiO2 untuk mengolah limbah zat warna tekstil congo red dinyatakan dengan nilai fluks sebesar 715,529 L/m2 hari dan rejeksi 92,19%. 3. Waktu kontak optimum antara membran fotokatalitik komposit kitosan-selulosa diasetatTiO2 dengan lampu UV untuk mendegradasi limbah zat warna tekstil congo red adalah 180 menit. DAFTAR PUSTAKA Alkan, M., Celikcapa, S., Demirbas, O., and Dogan, M., 2005, Removal of reactive blue 221 and acid blue 62 anionic dyes from aqueous solutions by sepiolite, Dyes Pigments, 65, 251–259 Drioli, E and Giorno, L, 2009, Membrane Operations Innovative Separations and Transformations, WILEY-VCH, Republik of Germany


Ernasuryaningtyas, I, 2011, Pembuatan dan Karakterisasi Membran Fotokatalitik Kitosan-TiO2 dengan Penambahan Polietilen Glikol (PEG) untuk Pengolahan Air Sumur, Skripsi, Universitas Airlangga, Surabaya Gong, R., Ding, Y., Li, M., Yang, C., Liu, H., Sun, Y., 2005, Utilization of powdered peanut hull as biosorbent for removal of anionic dyes from aqueous solution, Dyes Pigments, 64, 187– 192 Han, R., Ding, D., Xu, Y., Zou, W., Wang, Y., Li, Y., Zou, L., 2008. Use of rice husk for adsorption of congo red from aqueous solution in column mode, Bioresource Technol, 99, 2938–2946 Khor, E, 2001, Chitin: Fulfilling a Biomaterial Promise, (ed) Chitin Handbook, Singapore Khor, E., 2002, Chitin: a biomaterial in waiting, Curr Opin Solid State Mater, Vol 6, 3137 Libanori, Rafael, 2008, Effect of TiO2 surface modification in Rhodamine B Photodegradation, Springer Science+Business Media, 95 Muthukumar, M, Selvakumar, N., 2004, Studies on the effect of inorganic salts on decoloration of acid dye effluents by ozonation, Dyes Pigments, 62, 221–228 Sofiana, ND, 2011, Pembuatan Membran Fotokatalitik dari Selulosa Diasetat Serat Daun Nanas (Ananas cemosus) dan TiO2 untuk Mendegradasi Congo Red, Skripsi, Universitas Airlangga, Surabaya Velde, K.V. and Kiekens, P., 2004, Structure Analysis and Degree of Substitution of Chitin, Chitosan and Dibuthyrylchitin by FT-IR spectroscopy and solid state 13C NMR, Carbohydr. Polym., 58, 409-416


41

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI BIOPLASTIK DARI KOMPOSIT KITOSAN-PATI SINGKONG-SELULOSA DIASETAT DARI SERAT BATANG PISANG KEPOK (Musa paradisiaca normalis) DENGAN PLASTICIZER ASAM STEARAT Laras Rizqonia Hillan1*, Siti Wafiroh1, Suyanto1 Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Surabaya, Indonesia *email : [email protected]

1

ABSTRACT

Bioplastics are plastics alternatives to replace the difficult commercial plastic degraded in the environment. This study aims to determine the characteristics of bioplastic composite chitosancassava starch-cellulose diacetate with plasticizer stearic acid. Synthesis of chitosan from small crab waste includes deproteinasi stage, demineralization, depigmentation, and deacetylation. While the synthesis cellulose diacetate from stem fibers of kepok banana (Musa paradisiaca normalis) through swelling stage, acetylation, and hydrolysis. Chitosan and cellulose diacetate, were characterized by solubility test, determination of average molecular weight, and FTIR. Bioplastics synthesized from the chitosan-starch with a variations of cellulose diacetate concentration 2%, 3%, 4% and 5%, and tested the mechanical properties. Mechanical properties of bioplastics with a maximum variation of stearic acid was added to 2%, 3%, 4% and 5%. Characterization of bioplastics include the thickness, mechanical test, swelling test, endurance test and permeability to water, SEM, FTIR, and biodegradable test have been done. The results showed the optimum performance of bioplastics from chitosan 3%, 2% starch, cellulose diacetate 3% and 4% stearic acid has a thickness of 0.01 mm, stress 0,0200 (kN/mm2), strain 0,0947, and modulus young 0.2112 (kN/mm2). Bioplastics have 0,35 % swelling. Based on the SEM image, showed that the bioplastic has a flat surface and not porous. Biodegradable test showed that bioplastics can be degraded within 3 days, while the commercial plastic can not be degraded. Keywords : cassava starch, chitosan, cellulose diacetate, bioplastic

PENDAHULUAN Plastik sintetis merupakan bahan yang sangat diperlukan bagi kehidupan manusia dan telah berkembang menjadi industri besar di era modern ini. Alasan penggunaan plastik sintetis yang meluas, dikarenakan sifatnya yang kuat, tidak mudah rapuh, dan stabil. Produksi plastik yang berasal dari polimer alam dapat menjadi solusi alternatif untuk menggantikan polimer sintetis yang tidak mampu terdegradasi oleh mikroorganisme di lingkungan. Pati sering digunakan dalam industri pangan sebagai biodegradable film untuk menggantikan polimer plastik karena ekonomis, dapat diperbaharui, dan memberikan karakteristik fisik yang baik (Bourtoom, 2008). Pemanfaatan kitosan sebagai bahan pembuatan bioplastik telah diteliti oleh Permana pada tahun 2009. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, bioplastik yang berasal dari komposit kitosan-pati singkong memiliki nilai stress sebesar 0,2327 kN/mm2, strain sebesar 0,0541 mm dan modulus young sebesar 4,30595 kN/mm3 dan memiliki sifat yang kaku. Selain itu, penelitian mengenai pembuatan bioplastik juga telah dilakukan oleh Agustin (2010) dengan menggunakan komposit kitosan-pati garut dengan plasticizer asam laurat. Sifat mekanik yang dimiliki bioplastik ini, lebih tinggi dibandingkan dengan plastik komersil yang memiliki nilai stress sebesar 0,3266 kN/mm2, strain sebesar 0,1608 mm dan modulus young sebesar 2,0311

42

kN/mm3. Bioplastik tersebut memiliki nilai stress sebesar 0,3563 kN/mm2, strain sebesar 0,0775 mm dan modulus young sebesar 4,5974 kN/mm3, dan memiliki sifat yang kaku. Solusi alternatif yang dapat dilakukan untuk mengurangi sifat kaku dari bioplastik yaitu, dengan menambahkan selulosa diasetat. Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian bioplastik ini dilakukan dengan menggunakan pati singkong, selulosa diasetat dari serat batang pisang kepok (Musa paradisiaca normalis) serta kitosan yang diperoleh dari limbah cangkang rajungan (Portunus pelagicus) yang ditambahkan dengan plasticizer asam stearat. Pada awal pembuatan bioplastik ini, dilakukan variasi komposisi selulosa diasetat (2% w/v, 3% w/v, 4% w/v, 5% w/v), sedangkan komposisi kitosan 3% dan pati singkong 2%. Bioplastik yang dihasilkan, kemudian diuji sifat mekaniknya. Setelah diperoleh bioplastik dengan sifat mekanik optimum, dilakukan variasi terhadap komposisi asam stearat (2% w/v, 3% w/v, 4% w/v, 5% w/v) dan dikarakterisasi dengan SEM (Scanning Electron Microscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared), uji sifat mekanik (stress, strain, modulus young), uji uji ketebalan, uji ketahanan dan permeabilitas terhadap air, uji swelling, dan uji degradasi mikrobial bioplastik.


METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan pada pembuatan bioplastik merupakan pro analisis dan teknis antara lain : NaOH (teknis), HCl (teknis), aseton (p.a), anhidrida asetat (p.a), asam asetat glasial (p.a), Ca(OH)2 (teknis), NaOCl (teknis), asam stearat (p.a), akuades, dan bakteri EM4 (Effective Microorganism). Sedangkan sampel yang digunakan pada penelitian ini berupa limbah cangkang kulit rajungan dari Gresik, serat batang pisang kepok yang diperoleh dari Kecamatan Sumberejo-Bojonegoro dan pati singkong dari pasar Sawahan Kecamatan Bangsal-Mojokerto, Jawa Timur. Alat-alat yang digunakan pada pembuatan bioplastik meliputi alat-alat gelas di Laboratorium Kimia, plat kaca, bak koagulasi, selotip, batang stainless stell, cutter, cawan petri, dan gunting. Untuk keperluan analisis secara kualitatif dan kuantitatif digunakan mikrometer sekrup, Autograph AG-10 TE Shimadzu, sel filtrasi dead-end, analisis dengan SEM, FTIR, dan EM4. Pertama-tama batang pisang sebanyak 20 g direndam dalam 200 mL larutan Ca(OH)2 2,5 % selama 1 minggu. Kemudian, batang pisang dicuci dengan akuades hingga netral. Batang pisang yang telah bebas basa dimasukkan ke dalam labu alas bulat yang telah terisi oleh 150 mL larutan NaOH 17,5 %. Campuran dipanaskan dan direfluks selama 4 jam. Setelah itu didinginkan dan dinetralkan dengan akuades. Serat yang telah dinetralkan diblender dan dioven pada suhu 60oC. Kemudian pulp kering ditambahkan ke dalam akuades yang telah dipanaskan dalam gelas beker pada suhu 60oC. Campuran tersebut diaduk hingga menyerupai bubur. Selanjutnya didinginkan dan ditambahkan dengan 100 mL larutan NaOCl 5 % dan didiamkan kembali selama 30 menit. Kemudian, pulp dicuci dengan akuades dan direndam dalam larutan NaOH 2 % dan didiamkan selama 30 menit. Tahap akhir mencuci pulp dengan akuades hingga netral dan mengeringkannya. Sintesis selulosa menjadi selulosa diasetat dilakukan melalui tahap penggembungan, asetilasi, dan hidrolisis. Sedangkan sintesis kitosan dilakukan melalui tahap deproteinasi, demineralisasi, depigmentasi, dan deasetilasi. Selulosa diasetat dan kitosan hasil sintesis digunakan untuk pembuatan bioplastik. Selulosa diasetat, kitosan, dan pati dilarutkan dalam pelarutnya masing-masing. Pembuatan bioplastik dengan variasi selulosa diasetat (2%,3%,4%, dan 5%) sedangkan kitosan tetap 3% dan pati 2%. Bioplastik dicetak ke dalam cawan petri, selanjutnya dimasukkan ke dalam oven pada suhu 65oC hingga kering. Bioplastik yang telah kering dimasukkan dalam bak koagulan yang berisi NaOH 4% lalu dinetralkan pHnya dan dibilas dengan menggunakan akuades, kemudian dikeringkan. Setelah itu, dilakukan uji sifat mekanik yang meliputi stress, strain, dan modulus young. Dari hasil uji tersebut, diperoleh bioplastik dengan sifat mekanik paling tinggi dan mengulangi prosedur diatas dengan menambahkan plasticizer asam stearat. Variasi asam stearat yang digunakan (2%,3%,4%, dan 5%). Bioplastik dikarakterisasi dengan uji sifat mekanik, uji swelling, uji ketahanan dan permeabilitas terhadap air,

SEM, analisis FTIR, dan uji degradasi mikrobial bioplastik dengan EM4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Pulp Pembuatan pulp berfungsi untuk mengisolasi selulosa dari serat batang pisang kepok dengan merendam batang pisang terlebih dahulu. Perendaman berfungsi untuk mereaktifkan serat dan mengembangkan serat agar menjadi lebih lunak. Selanjutnya, kulit batang pisang dicuci dengan akuades hingga netral. ditambahkan dengan NaOH 17,5 % dan direfluks selama 4 jam untuk menghilangkan lignin dan hemiselulosa yang terdapat dalam kulit batang pisang yang ditandai dengan berubahnya warna NaOH yang semula tidak berwarna menjadi coklat kehitaman. Untuk menghilangkan sisa lignin yang masih terdapat pada pulp hasil refluks, pulp dicuci dengan akuades. Bleaching Pulp Bleaching pulp dilakukan untuk memisahkan selulosa dari lignin yang telah terdegradasi, selanjutnya pulp direndam dalam larutan NaOH 2 % untuk memaksimalkan proses degradasi lignin. Sintesis Selulosa Diasetat Sintesis selulosa diasetat meliputi 3 tahap yaitu penggembungan, asetilasi, dan hidrolisis. Dari hasil karakterisasi selulosa diasetat, menunjukkan bahwa selulosa diasetat telah terbentuk dengan berat molekul rata-rata 49.742,03 g/mol. Sintesis Kitosan Kitin dirubah menjadi kitosan melalui tahap deproteinasi, demineralisasi, depigmentasi, dan deasetilasi. Deproteinasi berperan untuk menghilangkan protein yang terkandung dalam cangkang rajungan. Deproteinasi ditandai dengan adanya perubahan warna dari coklat kemerahan menjadi kuning kecoklatan. Depigmentasi merupakan proses penghilangan pigmen pada cangkang kepiting. Hasil dipigmentasi ditandai oleh warna kitin yang tampak lebih putih dari sebelumnya. Selanjutnya kitin dideasetilasi dengan NaOH dan menghasilkan kitosan. Dari hasil karakterisasi kitosan, menunjukkan bahwa kitosan telah terbentuk dengan berat molekul rata-rata 553495,22 g/mol. Pembuatan Bioplastik Komposit Kitosan-Pati Singkong-Selulosa Diasetat dengan Penambahan Plasticizer Asam Stearat Pembuatan bioplastik dilakukan dengan melarutkan kitosan 3%, pati 2%, selulosa diasetat (2%, 3%, 4%, 5%) dalam pelarutnya masing-masing dan dicampur hingga homogen. Selanjutnya bioplastik dicetak dalam cawan petri dan dipanaskan dalam oven pada suhu 80oC. Kemudian lapisan bioplastik dicuci dengan akuades hingga netral dan dikeringkan. Bioplastik yang dihasilkan mudah dikelupas, transparan, dan memiliki permukaan yang halus yang ditunjukkan oleh Gambar 1 (a). Dari hasil uji sifat mekanik, diperoleh bioplastik dengan sifat mekanik maksimal, yaitu 0,0304 (kN/mm2). Komposisi bioplastik yang menghasilkan sifat mekanik tinggi yaitu kitosan 3 %, pati 2 %, dan selulosa diasetat 3 %. Selanjutnya pembuatan bioplastik dilakukan dengan


43

mengulanngi prosedurr di atas dan d menambbahkan plasticizeer asam steaarat (2%, 3% %, 4%, dan 5%). Bioplastikk yang telah ditambah d deng gan plasticizerr asam stearat m memiliki permukaan yaang halus, m mudah dikelupass, semi transpparan, dan leebih fleksibell yang ditunjukkkan oleh Gambbar 1 (b).

Gambar 3. Grafik G hubunga gan antara variiasi konsentrassi plasticizer asam stearat deengan % swellling bioplastikk (a)

(b) osan-pati-selullosa Gambaar. Bioplastik komposit kito diasetatt tanpa plasticcizer(a) dengan plasticizer aasam stearat (b) K Karakterisasi bioplastik meliputi ujii sifat mekanik, uji swelling,, FTIR, SEM M, dan uji deggradasi m biopplastik mikrobiall bioplastik. Uji sifat mekanik kompositt kitosan-pati dengan d variassi penambahann asam stearat beertujuan untukk mengetahuii kualitas biopplastik untuk diggunakan sebaggai pengemas (Agustin, 20110). Hasil Ujii Sifat Mekan nik dan Uji Swelling S Biop plastik Komposiit Kitosan-Paati Singkong g-Selulosa Diiasetat dengan P Penambahan Plasticizer Asam A Stearat H Hasil uji sifaat mekanik bu uioplastik kom mposit kitosan-ppati singkomgg-selulosa diassetat dengan vvariasi penambahhan plasticizeer asam stearaat ditunjukkann pada Gambar 22.

Gambar 2. Grafik hubbungan antara variasi konseentrasi asam strearrat dengan nilai stress P Pada Gambbar 2 men nunjukkan bbahwa bioplastikk komposit kitosan-pati-selulosa ddiasetat dengan vvariasi penambbahan asam sttearat memilikki nilai stress terttinggi sebesarr 0,0200 kN/m mm2 pada kom mposisi kitosan 33% , pati 2%,, selulosa diassetat 3%, dann asam stearat 4%. Nilai stress yan ng paling tinggi b terssebut memilikki sifat menunjukkkan bahwa bioplastik mekanik yang sangaat baik. Asaam stearat m mampu meningkaatkan nilai strress. Hasil % swelling biopplastik ditunjukkkan pada Gam mbar 3.

wa Padaa Gambar 3, menunjukkan bahw penambahan plasticizer asam stearaat berpengaruuh terhadap nilaai % swellinng. Semakin banyak asaam stearat yang ditambahkann maka 5 sw welling semakkin kecil. Hal ini disebabkan,, jarak antaraa molekul asaam stearat semak kin rapat sehhingga air sulit berdifusi ke dalam bioplasstik. Hasil Karak kterisasi Biopplastik Kom mposit KitosaanPati Sing gkong-Seluloosa Diasetat dengaan Penambahan n Plasticizer A Asam Stearatt Hasiil karakterisaasi bioplastik dari haasil penelitian meemiliki ketahaanan dan perm meabilitas yanng baik terhadap p air. Pada ttekanan 0,1 hingga h 0,8 attm tersebut tidak k ada tetesann air yang mampu melewaati bioplastik. Hal H ini menunnjukkan bahw wa penambahhan asam stearat sebagai plaasticizer berp potensi sebaggai barrier terhaadap air. A Asam stearat yang bersiffat hidrofobik maampu menahaan permeabilittas terhadap air. a Struk ktur morfollogi bioplasstik komposit kitosan-pati singkongseelulosa diaasetat denggan plasticizer p asaam stearat dituunjukkan pad da Gambar 4.

(b) (a) Gambar 4. 4 SEM permuukaan (a) dan penampang lintang (bb) bioplastik Padaa Gambar 4 (a) menun njukkan bahw wa bioplastik darri komposit ki kitosan-pati sin ngkong-seluloosa diasetat dengan plasticizzer asam stearat memiliiki permukaan yang y rata. Seddangkan padaa Gambar 4 (b) ( menunjukkan n bahwa biopllastik memilik ki susunan yanng sangat rapat, dan tidak beroongga.

5 Spektrum FFTIR bioplastiik komposit Gambar 5. kitosan-pati--selulosa diaseetat dengan plasticizer p asam m steearat

44


B Berdasarkan spektrum FTIIR pada Gam mbar 5 menunjukkkan terjadinnya interaksii ikatan hiddrogen antara kiitosan, pati, dan d selulosa diasetat dann asam stearat yaang terlihat paada peak -OH H yang melebbar dan tajam padda bilangan gelombang (34 448,72) cm-1. Selain itu, terlihhat adanya peaak baru pada Gambar G 5 yaituu pada bilangan gelombang 1558,48 1 cm-1 yang menunjjukkan adanya guugus C=O yaang berasal dari asam stearaat (Wu et.al., 20111) dan pada bilangan b gelombang 2916,337 dan 2854,65 ccm-1 menunjuukkan adanya -CH2 dan -CH H3 dari asam steaarat. uji degrradasi D Dari hasil biopplastik, menunjukkkan bahwa bioplastik dapat terdeggradasi dalam waaktu 3 hari. Bioplastik B yang telah terdeggradasi oleh mikrroorganisme dapat d ditunjuk kkan oleh Gam mbar 6 dan dibanndingkan dengan plastik ko omersial yangg tidak dapat terrdegradasi oleeh mikroorgan nisme yang tterlihat pada Gam mbar 7.

Berdasarkkan Gambar 6 (a) menunjjukkan bahwaa pada hari ke-1 bioplastik teelah terdegrad dasi sehingga terjadi perubahnn bentuk. Seddangkan padaa plastik kom mersial bentuknyya tetap (tidakk terdegradasii) yang ditunjjukkan pada Gam mbar 7 (b). Tingkatan degradasi d biopplastik dengan E EM4 dapat diamati pada Gam mbar 4.8

Gambaar 8. Grafik huubungan antaraa waktu degraadasi (hari) dengann % degradasi mikrobial Pada Gam mbar 8 menuunjukkan bah hwa bioplastiik dari kompositt kitosan-patti-selulosa diasetat d ddengan plasticizeer asam stearrat dapat terd degradasi sem mpurna dalam waaktu 3 hari. Sedangkan pad da plastik kom mersial tidak terjjadi degradasi (% degradaasi sama denggan 0) setelah ddirendam dallam EM4 seelama 3 harii yang ditunjukkkan pada Gam mbar 8. PULAN KESIMP 1. Cam mpuran antaraa kitosan darri limbah canngkang rajuungan (portunnus pelagicuss) 3% (w/v)), pati singgkong (Manihhot esculentaa) 2% (w/v)), dan seluulosa diasetat dari serat baatang pisang kepok (Muusa paradisiacca normalis) 3% (w/v) ddengan plassticizer asam m stearat 4% (w/v) dapat dim manfaatkan unttuk pembuatan n bioplastik.

2.

3.

Variasi komposisi selulosa diiasetat denggan plasticizzer asam stearrat berpengaru uh terhadap siffat fisik daan sifat kimiia dari biopllastik. Semakkin besar ko onsentrasi seluulosa diasetat dari 2% hinggga 5% mak ka nilai mekanniknya semakiin menurun daari 0,0165 hingga 0,00100 kN/mm m2. Sedangkkan penambahan asam sttearat membeerikan pengaruuh p % swellingg. Semakin beesar konsentraasi terhadap asam steearat dari 2% hhingga 5%, maka m % swellinng yang dim miliki oleh biioplastik akan n semakin kecil dari 0,63 3 hingga 0,244. Nilai % sweelling yang kecil menunju ukkan bahw wa bioplasstik memiliiki ketahanaan yang tinggi gi terhadap air. Hasil karakterisasi k bioplastik dari komposit kitosan-pati singkonng-selulosa diasetat d denggan plasticizzer asam steaarat pada ko ondisi optimuum yaitu kitosan 3% (w//v), pati singk kong 2% (w/vv), % (w/v) dengaan penambahhan selulosaa diasetat 3% plasticizzer asam sttearat 4% (w/v) ( memiliiki ketebalaan 0,01 mm,, stress 0,02 200 (kN/mm22), strain 0,0947, dann modulus young 0,2112 2. Sifat meekanik yang dimiliki olleh kN/mm2 bioplastik tersebut lebbih rendah billa dibandingkkan dengan plastik p komerrsial yang mem miliki keteballan 0,01 mm m, stress 0,02225 (kN/mm2)), strain 0,73775, dan modulus young 0,0305 kN/m mm2. Bioplasttik ki % swellingg sebesar 0,3 35 %. Hasil uji u memilik SEM menunjukkan m bahwa biopllastik memiliiki permukaaan yang rata dan tidak berpoori. Berdasaarkan hasil uji degrad dasi mikrobiial bioplastik menunjukk kkan bahwa, bioplastik daari komposit kitosan-patti singkong-selulosa diasettat p pplasticizer asaam stearat dappat dengan penambahan terdegraadasi dalam wa waktu 3 hari.

DAFTAR PU USTAKA Agustin, T. E., 2010, Peembuatan dan n Karakterisaasi dible film ddari Komposit Kitosan-Pati Ed Gaarut (Marantaa arundinaceeae L) denggan Pem mlastis Asam m Laurat, Skripsi, S Jurusan Kim mia, Fakultaas Sains dan d Teknologgi, Un niversitas Airllangga, Surabaaya Boimau, Kristomus, 20100, Pengaruh Fraksi Volum me n Panjang Seerat terhadap Sifat Bendinng dan Ko omposit Polieester yang Diperkuat D Serrat Baatang Pisang,, Semnas Taahunan Teknnik Meesin ke-9,, Jurusan Teknik T Mesiin, Un niversitas Nussa Cendana, NTT N Bourtoom, T., 2008, Factoor Affecting th he Properties of dible Film PPrepared from m Mung Bean Ed Pro oteins, Aseann Food Journal, 23 (2) 2334239 S G.h., Paark,I.M.,G.N. and Lee, DS. D Han, J.H., Seo, 2006, Physical aand Mechaniccal Properties of wax Pea Starch Edibble Film Contaaining Beesw mulsion, Jourrnal Food Science S 71 (6) ( Em E2 290-E296 Suryani, N. I.., 2011, Sintessis dan Karaktterisasi Seluloosa Diasetat dari Seerat Batang Piisang Raja Buulu Musa paradisiaaca var Sapieentum), Skrippsi, (M Deepartemen K Kimia, Fakulttas Sains dan d Teknologi, Univversitas Airlan ngga


45

Permana, A.J., 2009, Pembuatan dan Karakterisasi Edible film dari Komposit Pati SingkongKitosan dengan Pemlastis Gliserol, Skripsi, Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya Wu, Chin-San, 2011, Characterization and biodegradability of Polyester Bioplasticbased Green Renewable Composites from Agricultural Residues, Polymer degradation and Stability Journal, p 1-8

46


RANCANG BANGUN GAUSS METER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 Bambang Suprijanto1* Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. *Email: [email protected]

1

ABSTRAK Telah dilakukan perancangan alat baca fluks medan magnet berbasis mikrokontroler ATMEGA8535 menggunakan sensor kumparan kawat (coil). Sumber medan magnet didapat dari solenoid yang dialiri arus AC dengan frekuensi 50 Hz. Medan magnet menembus permukaan kumparan, menghasilkan fluks magnet dalam kumparan. Pada kumparan timbul tegangan induksi yang besarnya sebanding dengan fluks medan magnet yang menembus permukaan coil. Tegangan yang timbul dikuatkan menggunakan rangkaian penguat ( amplifier ), disearahkan oleh rangkaian penyearah aktif, diratakan, dan dibaca oleh ADC. Hasil baca ADC diolah menjadi besaran medan magnet, dan ditampilkan ke layar LCD. Gauss meter hasil rancang bangun dikalibrasi menggunakan gauss meter digital merek Leybold. Hasil kalibrasi digunakan untuk meningkatkan program dalam proses menghitung nilai medan magnet yang akan ditampilkan pada LCD. Setelah program diperbaiki, proses membaca data nilai medan magnet diulang dan dibandingkan dengan hasil pembacaan kalibrator. Analisis statistik menggunakan persamaan regresi linier menghasilkan Y = 1.000 X – 0.347 dengan linearitas lebih dari 99%. Keywords: magnetic flux sensor, wire (coil), solenoid, GGL induction, ATMEGA8535 PENDAHULUAN Banyak peralatan fisika eksperimental yang berkaitan dengan deteksi medan magnet sudah mulai rusak karena frekuensi pemakaian yang berlebihan. Perbaikan sering dilakukan dan karena terlalu sering dilakukan perbaikan mengakibatkan peralatan menjadi usang dan perlu peremajaan alat tersebut. Kalibrasi peralatan untuk deteksi medan magnet mutlak diperlukan sehingga perlu dilakukan penelitian tentang modifikasi alat sensor medan magnet agar dapat diciptakan peralatan pengganti dengan biaya yang relatif lebih murat dan akurat. Untuk itu perlu dilakukan penelitian peralatan yang usang dan tidak pernah dikalibrasi, salah satunya adalah alat ukur medan magnet atau gauss meter. Peralatan ini sangat sederhana, tersusun oleh sensor dan alat baca sensor. Dalam penelitian ini digunakan sensor kawat kumparan (coil) yang dapat menghasilkan GGL induksi, dan alat baca tegangan listrik. Nilai tegangan yang terbaca bergantung pada besarnya fluks medan magnet yang menembus kumparan dan memenuhi Hukum Faraday (Arifin, 2007). Desain sensor medan magnet telah menarik beberapa peneliti, diantaranya adalah perancanan sensor medan magnet berbasis eksitasi longitudinal (Geliang et al., 2010). Di dalam penelitian ini telah pengembangan sistem berupa serangkaian proses yaitu penguat tegangan yang akan menguatkan GGL induksi, kemudian disearahkan oleh rangkaian penyearah aktif, dan diratakan. Pembacaan tegangan menggunakan ADC beresolusi 10 bit yang terintegrasi didalam mikrokontroler ATMEGA8535, Data diolah dan dilakukan perhitungan nilai medan magnet. Hasil perhitungan ditampilkan ke LCD. METODE PENELITIAN Perancangan Alat Kawat kumparan digunakan sebagai sensor medan magnet. Fluks medan magnet yang menembus permukaan sensor menimbulkan tegangan, diperkuat menggunakan opamp yang dirangkai sebagai penguat

non inverting, kemudian disearahkan menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh aktif berupa penguat nilai harga mutlak. Sistem dirancang menggunakan ADC beresolusi 10 bit yang terintegrasi didalam mikrokontroler ATMEGA8535, dilengkapi LCD berukuran 2×16 sebagai sarana untuk menampilkan nilai medan magnet hasil perhitungan. Sensor Coil Sebagai sensor digunakan gulungan kawat halus berupa coil mikropon. Sensor berbentuk cincin berdiameter 2,5 Cm dan terdapat 300 jumlah lilitan. Makin banyak jumlah lilitan akan mengakibatkan makin besar tegangan GGL induksi yang dihasilkan. Sensor dipasang sedemikian sehingga permukaan sensor searah atau berlawanan arah dengan arah medan magnet. Nilai GGL induksi dirumuskan seperti persamaan 1 (Tipler, 2001).

Φ t

B∙A

(1)

Penguat Non Inverting Penguat disusun menggunakan OpAmp jenis NE 4558 membentuk penguat non inverting dengan penguatan sebesar 50 kali seperti pada gambar 1. NE4558 100K 1K Gambar 1. Rangkaian Penguat Non Inverting Penguat Nilai Harga Mutlak Ggl induksi berupa gelombang AC, disearahkan menggunakan rangkaian penguat harga mutlak yang disusun menggunakan Opamp jenis NE4558, diode,


47

dan resistor seperti gambar 2. Pada keluaran (VOUT) dipasang kapasitor 10F/10V sebagai perata tegangan (Schultz, 2007; Marcus, 1980; Sutrisno, 1998). 1

1

ditulis menggunakan software CodeVision AVR, dan proses downloading ke ATMEGA 8535 menggunakan AVR Studio. Proses pembacaan diulang terus menerus sehingga data bacaan alat selalu di-update setiap saat. Urutan pemrograman alat ditunjukkan oleh diagram alir pada gambar 5.

NE455 Gambar 2. Rangkaian Penguat Harga Mutlak Mikrokontroler ATMEGA8535 Mikrokontroler dirangkai menggunakan rangkaian minimum sistem yang telah tersedia, terdiri dari soket mikrokontroler ATMEGA 8535, kristal 12 MHz sebagai sumber clock, rangkaian reset, port downloader, port masukan input ADC, port saluran LCD, dan port catu daya. Port A0 dipilih sebagai sebagai masukan ADC (Adriano & Heri, 2008; Mackenzie; 1995; Yeralan, 1995). LCD Untuk mendisplai nilai medan magnet hasil hitungan digunakan LCD yang dirangkai dengan minimum sistem, menggunakan Port B dan Port C seperti gambar 3.

Gambar 5. Diagram alir pemrograman Gauss meter HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pembacaan nilai medan magnet dikalibrasi menggunakan Mili Tesla Meter (Leybold) menghasilkan hubungan linier seperti pada gambar 6. Sumbu X merupakan hasil bacaan alat yang dirancang berupa data DAC, dan sumbu Y merupakan hasil bacaan kalibrator (gauss).

Gambar 3. Rangkaian LCD Character 2X16 Susunan rancangan alat Bagian-bagian kecil peralatan dirangkai membentuk diagram seperti gambar 4.

Gambar 6. Hasil pembacaan alat dibandingkan dengan hasil bacaan kalibrator Mili Tesla Meter Gambar 4. Susunan diagram rancangan peralatan Gauss Meter Pemrograman Alat Mikrokontroler ATMEGA 8535 diprogram untuk membaca data, yaitu melakukan konversi analog ke digital dengan masukan port A0. Nilai yang terbaca diproses menggunakan hitungan hasil kalibrasi dengan kalibrator, dan nilai hasil hitungan ditampilkan ke LCD sebagai nilai medan magnet yang terbaca alat. Program 48

hasil pembacaan ini memberikan informasi adanya linieritas dari kedua alat. Untuk mengurangi perbedaan nilai hasil pembacaan kedua alat, dilakukan kalibrasi kedua dengan cara memasukkan persamaan regresi y = 10.12 x + 758.8 ke dalam program perhitungan nilai medan magnet. Pembacaan nilai medan magnet diulang kembali dan dibandingkan dengan hasil bacaan kalibrator. Hasil kalibrasi ini menghasilkan hubungan linier seperti pada gambar 7.


Gambar 7. Hasil bacaan alat setelah dikalibrasi menggunakan Mili Tesla Meter Selisih nilai pembacaan kedua alat dapat dilihat pada gambar 8.

DAFTAR PUSTAKA Adrianto, Heri, 2008, Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16, ITB, Bandung Arifin, 2007, Pembuatan Alat Ukur Medan Magnet Pada Kumparan Berarus Menggunakan Sensor Magnetik UGN 3503 Berbasis Mikrokontroler AT8951, Tugas Akhir, Universitas Diponegoro, Semarang Geliang Y., Xionzhu B., Chao X. and Hong Xu., 2010, Design of a GMI magnetic sensor based on longitudinal excitation, Sensor and Actuators A, Vol. 161, pp. 72-77. Mackenzie, L.S. 1995. The 8051 Microcontroller, University of Guelph, Prentice Hall, Ontario. Marcus. 1980. Modern Electronics Circuits Reference Manual, McGraw-Hill, Toronto City, New York. Schultz. 2007. Grob’s Basic Electronics, McGraw-Hill, New York. Sutrisno. 1998. Perancangan Sistem Mikroprosesor, Jurusan Fisika ITB, Bandung Tipler, P.A., 2001, Fisika Untuk Sains dan Teknik, Edisi ketiga, Jilid 2, Alih Bahasa Dr. Bambang Soegijono, Erlangga Yeralan, A.A. 1995. Programing and Interfacing the 8051Microcontroler, Addison Wesley Publishing Company

Gambar 8. Selisih nilai hasil bacaan Mili Tesla Meter dengan gaussmeter hasil rancangan Dari hubungan regresi linear gambar 7, didapat persamaan garis lurus Y = 1.000 X – 0.347 dengan R2 = 0.999. Hasil pembacaan ulang setelah dilakukan kalibrasi menunjukkan hasil pembacaan dengan perbedaan pembacaan kurang dar 50 gauss. Dapat dikatakan bahwa hasil pembacaan alat yang dirancang mirip dengan hasil pembacaan kalibrator. Dari hasil pembacaan nilai medan magnet yang telah dilakukan terlihat bahwa gaussmeter hasil rancangan hanya mampu membaca nilai medan magnet pada rentang nilai 800 gauss hingga 11.100 gauss. Nilai medan magnet yang kurang dari 800 gauss tidak terbaca. Hal ini terlihat pada gambar 6, kalibrator memberikan hasil bacaan (800 gauss) tetapi sensor coil tidak memberikan respon terhadap medan magnet (0 gauss). Hal ini lebih mungkin disebabkan oleh jumlah lilitan yang kurang banyak, dan ukuran diameter kawat yang terlalu besar. KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa alat yang telah dibuat dapat memberikan hasil bacaan medan magnet sesuai dengan hasil bacaan kalibrator pada nilai medan antara 800 gauss hingga 11100 gauss dengan kesalahan bacaan kurang dari 50 gauss.


49

PETUNJUK PENULISAN MAKALAH

PERSYARATAN 1. Makalah harus bersifat ilmiah orisinal merupakan karya hasil penelitian, belum pernah dipublikasikan. 2. Panjang tulisan makalah maksimal 10 halaman kertas A4 termasuk tabel dan gambar serta diketik dengan huruf time new roman (font size 10) dengan spasi tungal. 3. Makalah ditulis dalam bahasa Indonesia baku atau bahasa Inggris dan abstrak ditulis dalam bahasa Inggris atau bahasa indonesia. ORGANISASI MAKALAH Makalah memuat unsur Judul, Abstract, Pendahuluan, Metode Penelitian, Hasil dan Pembahasan, Simpulan, Ucapan Terima Kasih (bila perlu) dan Daftar Pustaka 1. JUDUL: bersifat informatif, singkat tapi jelas, di bawah judul dicantumkan nama penulis, asal instansi atau universitas penulis, alamat pos penulis untuk korespondensi. Bila para penulis tidak berasal dari satu instansi atau universitas, maka harus diberi tanda dan masing-masing tanda diberi nama instansi atau universitas 2. ABSTRACT: memuat inti permasalahan (tujuan, metode penelitian dan hasil), panjangnya tidak lebih dari 250 kata atau 3-4 % dari panjang makalah. Pada bagian bawah Abstract harus mencantumkan keyword (s), baik dalam bentuk kata atau phrase 3. PENDAHULUAN: memuat latar belakang masalah, rencana pengembangan, tujuan dan harapan tentang aplikasi hasil penelitian. Informasi tersebut merupakan argumentasi konsisten dan landasan teoritik 4. METODE PANELITIAN: memuat materi atau komponen, alat dan objek yang akan diteliti, cara kerja penelitian, parameter yang diamati, rancangan yang digunakan serta teknis analisis yang dipakai 5. HASIL DAN PEMBAHASAN: memuat hasil-hasil utama (sesuai dengan parameter yang diamati), disertai pembahasan ilmiah atau argumentasi yang mendukung 6. SIMPULAN DAN SARAN: memuat pernyataan singkat tentang hasil yang diperoleh dikaitkan dengan hipotesis (bila ada) yang telah diajukan. Saran, kalau ada diajukan berkaitan dengan hasil penelitian yang diperoleh dan berkaitan dengan pemantapan atau pengembangannya lebih lanjut. 7. DAFTAR PUSTAKA: disusun sebagai berikut : a. Menurut abjad nama akhir pengarang. Acuan yang tidak dikenal pengarangnya digolongkan sebagai Anonimus. b. Contoh penulisan beberapa kepustakaan : i. Buku: nama penulis, tahun, judul buku (dicetak miring), jilid, nama penerbit dan kota, Contoh: Brown, T.A., 1993, Genetics Molecular Approach, 2nd Ed. Chapman & Hall, London ii. Jurnal: nama penulis, tahun, judul, nama jurnal (dalam singkat resmi dan dicetak miring), volume, halaman (awal sampai akhir), Contoh: Bagnara, J.T., Fernadez, P.J., 1993, Hormonal Influences on The Development of Amphibian Pigmentation Patterns, Zoological Science, 10 : 733-748 iii. Karangan dalam buku: nama penulis, tahun, judul karangan, nama editor, judul buku, jilid, nama penerbit dan kota, halaman mulai dan akhir Contoh: Zainuddin, 1990, Penelitian Kuantitatif. Dalam : Sudijono dan Sarmanu, Ed. Penataran Metodologi, Edisi ke-4: Lemlit Unair Surabaya, 15-20 iv. Karangan yang dibawakan dalam pertemuan ilmiah, laporan ilmiah dan sebagainya : nama penulis, tahun, judul karangan, nama pertemuan ilmiah atau judul laporan ilmiah, tanggal dan kota tempat pertemuan Contoh: Pangestu, M, Baikuni A., 1988, Pengaruh penyuluhan terhadap kebersihan lingkungan, Seminar Nasional Kesehatan Lingkungan. 15 April, Bogor.

Jurnal Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (Journal of Mathematics and Science)

Recommend Documents