KAJIAN STATISTIKA DATA SPEKTRUM FTIR MENIRAN (Phyllanthus niruri) ASAL PULAU JAWA
SITI MAHMUDA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Kajian Statistika Data Spektrum FTIR Meniran (Phyllanthus niruri) Asal Pulau Jawa” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, November 2016 Siti Mahmuda NRP G151140151
RINGKASAN SITI MAHMUDA. Kajian Statistika Data Spektrum FTIR Meniran (Phyllanthus niruri) Asal Pulau Jawa. Dibimbing oleh FARIT MOCHAMAD AFENDI dan MOHAMAD RAFI. Indonesia adalah rumah bagi berbagai macam tumbuhan obat, salah satunya meniran (Phyllanthus niruri). Tumbuhan ini merupakan salah satu dari 700 tumbuhan asal genus Phyllanthus yang banyak tumbuh di Asia Pasifik seperti Indonesia, Tiongkok, Filipina, dan India. Tumbuhan ini tumbuh di beberapa daerah di Indonesia dengan berbagai kondisi lingkungan pada lokasi tempat tumbuhnya. Variasi kondisi lingkungan ini dapat menyebabkan perbedaan pola spektrum FTIR (Fourier transform infrared) pada meniran, karena adanya perbedaan komposisi senyawa fitokimianya. Dalam penelitian ini diperoleh meniran dari delapan lokasi tempat tumbuh yaitu Bogor, Cianjur, Sukabumi, Garut, Karanganyar, Semarang, Malang, dan Probolinggo. Kabupaten/kota tersebut termasuk dalam beberapa provinsi di Indonesia (Jawa Barat, Jawa Tengah, dan Jawa Timur). Bogor, Cianjur, Sukabumi dan Garut masuk dalam provinsi Jawa Barat, Karanganyar dan Semarang termasuk dalam provinsi Jawa Tengah, serta Malang dan Probolinggo masuk dalam provinsi Jawa Timur. Spektroskopi FTIR merupakan salah satu instrument dalam kimia yang dikembangkan untuk mengukur keberadaan gugus fungsi yang terkandung dalam suatu senyawa. Kegunaan spektroskopi FTIR yaitu identifikasi bahan yang belum diketahui identitasnya, menentukan kualitas atau konsistensi contoh dan jumlah komponen dalam kasus campuran bahan. Penelitian ini berusaha untuk mengeksplor meniran berdasarkan lokasi tempat tumbuh menggunakan pola spektrum FTIR. Nilai transmitan dari spektrum FTIR yang digunakan berada pada rentang 400-4000 cm-1. Prapemrosesan data untuk memperoleh hasil yang lebih signifikan dari spektrum yang diperoleh. Analisis komponen utama (AKU) digunakan untuk membentuk kelompok spektrum meniran dari berbagai lokasi (Bogor-Cianjur-Sukabumi-Garut (Jawa Barat), Karanganyar-Semarang (Jawa Tengah), Malang-Probolinggo (Jawa Timur)). Dua komponen utama (KU) dari plot skor menjelaskan 75% ragam keseluruhan (KU1 = 45%, KU2 = 30%). Variasi slope, efek pencar dan penyimpangan baseline dihilangkan dengan prapemrosesan data spektrum (baseline dan derivatisasi) untuk mendapatkan pengelompokan yang lebih baik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa spektrum FTIR dapat digunakan untuk mengklasifikasikan meniran dari tempat asal (Pulau Jawa). Kelompok meniran yang terbentuk dikaitkan dengan lokasi tempat tumbuh. Analisis komponen utama (AKU) dapat digunakan untuk menduga gugus fungsi dari masing-masing kelompok meniran. Kata kunci : AKU, gerombol, gugus fungsi, lingkungan, transmitan
SUMMARY SITI MAHMUDA. Statistical Study of FTIR Spectra Data of Meniran (Phyllanthus niruri) from Java Island. Supervised by FARIT MOCHAMAD AFENDI and MOHAMAD RAFI. Indonesia is home to many medicinal plants, one of them is meniran (Phyllanthus niruri). This plant is one of 700 species from Phyllanthus, it can be found around Asia, such as Indonesia, China, Philippine, and India. This plant grows in several regions of Indonesia under various environmental condition. Variation on this environmental condition can causes differences in FTIR (Fourier transform infrared) spectra profile within the species as a result from different level of phytochemical. There are eight places of origin of Meniran in this experiment, the places of origin are Bogor, Cianjur, Sukabumi, Garut, Karanganyar, Semarang, Malang, and Probolinggo. That places are part of province in Indonesia (West Java, Central Java, and East Java). Bogor, Cianjur, Sukabumi and Garut be included in West Java, Karanganyar and Semarang be included in Central Java, Malang and Probolinggo be included in East Java. FTIR spectroscopy is one of the instruments in chemistry that was developed to measure the presence of functional groups contained in the compound. Usefulness of FTIR spectroscopy is identification of materials that have not been identified, determine the quality or consistency of samples and the number of components in the case of a mixture of materials. This study attempted to explore meniran from places of origin based on FTIR spectra. Transmittance number of FTIR spectra will be produced in wavenumber range of 400-4000 cm-1. In preprocessed, the wavenumber can be selected to get significant peaks of spectral. The principle component analysis (PCA) was used to get the spectral classification from eight different places of origin (Bogor-Cianjur-SukabumiGarut (West Java), Karanganyar-Semarang (Central Java), Malang-Probolinggo (East Java)). The first two principal component (PCs) of the data score plot on this set data represent 75% of the total variance (PC1= 45%, PC2= 30%). Slope variation, scatter effects and baseline drifts were removed with preprocessed IR spectra (SNV and derivatization) to get better classification. The results showed that FTIR spectra can be used to classify meniran from places of origin (Java Island). Groups of meniran were linked to environmental condition of origin. Principle component analysis (PCA) can be used to estimate functional groups each the groups of meniran. Keywords : cluster, environmental, finger print, PCA, transmittance
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KAJIAN STATISTIKA DATA SPEKTRUM FTIR MENIRAN (Phyllanthus niruri) ASAL PULAU JAWA
SITI MAHMUDA
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Statistika
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Prof. Dr. Ir. Aji Hamim Wigena, M.Sc
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Pebruari 2016 sampai Agustus 2016 ini ialah eksploratif data spektrum FTIR, dengan judul Kajian Statistika Data Spektrum FTIR Meniran (Phyllanthus niruri) Asal Pulau Jawa. Penulis berhasil menyelesaikan karya ilmiah ini tidak lepas dari bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya khususnya kepada : 1. Bapak Dr. Farit Mochamad Afendi, M.Si selaku pembimbing pertama dan Bapak Dr. Mohamad Rafi, M.Si selaku pembimbing kedua yang dengan penuh kesabaran telah banyak memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi kepada penulis selama penyusunan karya ilmiah ini. 2. Prof. Dr. Ir. Aji Hamim Wigena, M.Sc selaku penguji luar komisi pada ujian tesis yang telah banyak memberikan kritikan, masukan dan arahan yang sangat membangun dalam penyusunan karya ilmiah ini. 3. Seluruh staf pengajar pascasarjana Departemen Statistika IPB yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan selama perkuliahan sampai dengan penyusunan karya ilmiah ini. 4. Pusat Studi Biofarmaka Institut Pertanian Bogor (PSB-IPB) atas bantuan memperoleh data penelitian. 5. Ibu penulis, Ibu Hj. Hasmiyati binti Nurdin yang telah banyak memberikan dukungan moril, materi, doa, dan kasih sayang yang tulus kepada penulis. 6. Saudara penulis (Hikmah, Wahyuni, Ayu Astuti) yang selalu memberikan semangat, dukungan dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis. 7. Lembaga Pengelola Dana Pendidikan (LPDP) yang telah memberikan bantuan dana pendidikan serta dukungan moril selama masa studi S-2 penulis. 8. Awardee LPDP IPB dan PK-19, Yayasan Rumah Awardee serta Yayasan Mata Garuda yang memberikan dukungan baik secara moril maupun materil kepada penulis dalam menyelesaikan program S-2. 9. Sahabat-sahabat penulis (Insaniah Rahimah, Irsan Moeis, Susanti Idris, Andi Alamsyah Rivai, Risko); rekan-rekan STT/STK angkatan 2012-2015; dan seluruh staf Program Studi Statistika yang telah banyak membantu penulis selama penyusunan karya ilmiah ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan karya ilmiah ini masih banyak kekurangan. Semoga karya ilmiah selanjutnya dapat lebih baik dan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi yang membutuhkan. Bogor, November 2016 Siti Mahmuda
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian
1 1 2
2 TINJAUAN PUSTAKA Meniran (Phyllanthus niruri) Spektroskopi Fourier Transform Infra Red (FTIR) Analisis Komponen Utama Biplot
3 3 3 4 4
3 METODE Data Metode
6 6 6
4 HASIL DAN PEMBAHASAN Prapemrosesan Data Analisis Komponen Utama Analisis Gerombol Eksplorasi Kondisi Lingkungan Empat Kelompok Meniran Penelusuran Gugus Fungsi Senyawa Kimia
8 8 9 10 11 13
5 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran
15 15 15
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
19
DAFTAR TABEL 1 Hasil pengelompokan meniran dengan analisis gerombol 2 Penelusuran gugus fungsi senyawa kimia meniran 3 Hubungan karakteristik lingkungan dan intensitas gugus fungsi
10 13 14
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5
Spektrum FTIR contoh meniran Hasil prapemrosesan data spektrum FTIR meniran Plot skor komponen utama Dendogram 24 contoh meniran Boxplot kondisi lingkungan tempat tumbuh kelompok meniran (a) curah hujan minimum (b) curah hujan maksimum (c) elevasi 6 Biplot kondisi lingkungan tempat tumbuh kelompok meniran
8 9 9 10 11 12
DAFTAR LAMPIRAN 1 Analisis ragam skor komponen utama kelompok meniran 2 Plot penelusuran gugus fungsi pada komponen utama
17 18
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia adalah rumah bagi berbagai macam tumbuhan obat, salah satunya meniran (Phyllanthus niruri). Tumbuhan ini merupakan salah satu dari 700 tumbuhan asal genus Phyllanthus yang banyak tumbuh di Asia Pasifik seperti Indonesia, Tiongkok, Filipina, dan India. Beberapa jenis tumbuhan ini sudah digunakan sejak 2000 tahun lalu untuk pengobatan tradisional Ayurveda di India. Meniran tumbuh subur di tempat yang lembap pada dataran rendah sampai ketinggian 1000 meter di atas permukaan laut. Lokasi tempat meniran tumbuh bermacam-macam seperti di hutan, ladang, kebun, atau halaman pekarangan rumah. Pada umumnya meniran tidak dipelihara secara intensif karena dianggap rumput biasa (Sulaksana dan Jayusman 2004). Di Indonesia jenis meniran yang banyak ditemukan adalah P. urinaria dan P. niruri, dengan penyebaran yang cukup luas ditandai dengan adanya beberapa nama daerah yang melekat pada tumbuhan ini, seperti sikolop (Sumatera), memeniran (Jawa), sidukung anak (Sulawesi), serta belalang babiji (Maluku), (Kardinan dan Kusuma 2004). Meniran memiliki banyak manfaat karena mengandung senyawa kimia yang beguna bagi kesehatan. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Than et al. (2006) ditemukan bahwa meniran memiliki kandungan niruriflavon yang memilki aktivitas sebagai antioksidan. Rutin dan kuersetin yang juga terkandung dalam meniran mampu menghambat sintesis histamin yang merupakan mediator penting penyakit dermatitis alergika (eksim). Nirurin dan kuersetin yang terdapat dalam meniran berkhasiat sebagai peluruh air seni (diuretik). Filantin, hipofilantin, dan tanin berperan dalam meningkatkan sistem kekebalan tubuh dan sebagai hepatoprotektor. Kandungan senyawa kimia dalam suatu tumbuhan bergantung dari beberapa faktor, diantaranya lingkungan tempat tumbuh, tanah, iklim, ketinggian, kualitas benih, teknologi budidaya, umur tanaman saat panen, pengolahan pasca panen, dan penyimpanan. Oleh karena itu, perbedaan tempat tumbuh tanaman memungkinkan adanya keragaman dalam kualitas dan kemanjuran tumbuhan obat (Dalimartha 2008). Setiap kabupaten/kota yang terletak di Pulau Jawa memiliki karakteristik yang berbeda-beda, baik iklim maupun tanahnya. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, kandungan senyawa kimia tumbuhan salah satunya bergantung pada kondisi lokasi tempat tumbuh. Sehingga, hal ini akan memungkinkan bahwa meniran yang tumbuh di beberapa tempat di Pulau Jawa memiliki komposisi dan jumlah senyawa kimia yang berbeda-beda. Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared) merupakan suatu teknik analisis yang cepat, sederhana, mudah dan murah dengan seluruh sifat kimia suatu bahan dapat ditelusuri dan dimunculkan pada spektrum FTIR. Spektrum FTIR dalam satu spesies yang digunakan memberikan pola yang sangat identik satu sama lainnya terkecuali nilai transmitan setiap spektrum yang menandakan bahwa senyawa kimia yang dikandung hampir sama hanya berbeda pada intensitasnya (Umar et al. 2016). Pola spektrum yang identik ini menyebabkan sulit untuk membedakan suatu bahan dalam satu spesies dengan hanya menggunakan
2 spektrum FTIR. Oleh karena itu diperlukan bantuan analisis statistika untuk dapat membedakannya. Analisis statistika yang digunakan untuk membedakan meniran berdasarkan data spektrum FTIR adalah analisis gerombol, dengan analisis perantaranya adalah analisis komponen utama. Analisis komponen utama digunakan untuk menentukan banyaknya gerombol yang akan dibangun pada penggerombolan. Kelompok-kelompok Meniran yang telah diperoleh dapat ditelusuri kandungan gugus fungsi senyawa kimianya melalui komponen utama yang telah terbentuk. Jika spektrum FTIR pada bilangan gelombang tertentu memiliki korelasi tinggi dengan suatu komponen utama diantara komponen lainnya, maka spektrum pada gelombang bilangan itulah yang dapat menerangkan suatu komponen (Mattjik dan Sumertajaya 2011).
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah menelusuri intensitas kandungan senyawa kimia (melalui gugus fungsi) pada meniran serta kaitannya dengan kondisi curah hujan tahunan dan elevasi tempat tumbuh.
3
2 TINJAUAN PUSTAKA Meniran (Phyllathus niruri) Meniran (Phyllanthus niruri) merupakan tumbuhan dari golongan divisi Spermatophyta, subdivisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae, ordo Geraniles, famili Euphorbiaceae, dan genus Phyllanthus (De Padua et al. 1999). Meniran memiliki akar tunggang, batang tegak bulat berkayu dan bercabang dengan ketinggian mencapai 40-100 cm. Daun meniran berwarna hijau berbentuk majemuk, duduk melingkar pada batang, anakan daun mengkilap, bentuk bulat telur dengan panjang 1.5-3 cm, lebar 1– 1.5 cm, ujung daun runcing, pangkal tumpul dan tepi yang rata (Dalimartha 2000). Kondisi lingkungan yang lembap pada dataran rendah sampai ketinggian 1000 meter di atas permukaan laut merupakan tempat yang sesuai untuk meniran bisa tumbuh dengan subur. Lokasi tempat tumbuh meniran bermacam-macam, diantaranya hutan, ladang, kebun, atau halaman pekarangan rumah. Pada umumnya meniran tidak dipelihara secara intensif karena dianggap rumput biasa (Sulaksana dan Jayusman 2004). Jenis meniran yang banyak ditemukan di Indonesia adalah P. urinaria dan P. niruri, dengan penyebaran yang cukup luas ditandai dengan adanya beberapa nama daerah yang melekat pada tumbuhan ini, seperti sikolop (Sumatera), memeniran (Jawa), sidukung anak (Sulawesi), serta belalang babiji (Maluku), (Kardinan dan Kusuma 2004). Senyawa atau zat kimia yang terkandung dalam meniran memiliki manfaat untuk kesehatan. Meniran memiliki kandungan niruriflavon yang merupakan senyawa antioksidan. Selain itu terdapat pula senyawa rutin dan kuersetin yang mampu menghambat sintesis histamin yang merupakan mediator penting penyakit dermatitis alergika (eksim). Nirurin dan kuersetin yang terdapat dalam meniran berkhasiat sebagai peluruh air seni (diuretik). Filantin, hipofilantin, dan tanin berperan dalam meningkatkan sistem kekebalan tubuh dan sebagai hepatoprotektor (Than et al. 2006).
Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) Spektroskopi FTIR dapat mengukur suatu bahan secara cepat dan mampu menganalisis beberapa komponen dari bahan tersebut secara serentak. Penggunaan FTIR dalam analisis tanaman masih terbatas karena matriks dan spektrum yang dihasilkan cukup kompleks. Spektrum sidik jari FTIR yang dihasilkan merupakan informasi data yang sangat kompleks sehingga dapat menggambarkan secara menyeluruh sifat kimia suatu bahan. Perubahan yang terjadi pada posisi pita dan intensitasnya dalam spektrum FTIR akan berhubungan dengan perubahan komposisi kimia dalam suatu bahan. Oleh karena itu, spektrum FTIR dapat digunakan untuk membedakan tanaman yang satu dengan yang lainnya walaupun komposisi senyawa kimianya belum diketahui secara pasti (Sun et al. 2010).
4 Analisis Komponen Utama Komponen Utama merupakan kombinasi linear dari peubah yang diamati, informasi yang terkandung pada komponen utama merupakan gabungan dari semua peubah dengan bobot tertentu. Kombinasi linear yang dipilih merupakan kombinasi linear dengan ragam paling besar yang memuat informasi paling banyak. Antar Komponen Utama bersifat ortogonal, tidak berkorelasi dan informasinya tidak tumpang tindih. Hasil dari prosedur ini nantinya digunakan pada analisis lebih lanjut, seperti analisis gerombol dan regresi komponen utama. Misalkan kita X1 , … , X2 merupakan p peubah yang menjadi perhatian kita, memiliki sebaran peubah ganda dengan vektor rataan dan matriks peragam. Komponen utama seperti telah dijelaskan di atas merupakan kombinasi linier dari p peubah asal, atau dapat ditulis (Johnson dan Winchern 2002) : (1) dengan : [ ]
[
(2)
]
[
]
(3)
(4)
sehingga komponen utama ke-k dapat ditulis sebagai : (5) yang memilki ragam sebesar : (
)
(6)
Biplot Biplot adalah teknik analisis deskriptif yang menggambarkan data -data dari tabel ringkasan ke dalam grafik berdimensi dua. Informasi yang diberikan oleh biplot mencakup objek dan peubah dalam satu gambar. Analisis biplot mampu menyajikan secara visual sekumpulan objek dan peubah dalam satu grafik. Grafik yang dihasilkan dari biplot ini merupakan grafik yang berbentuk bidang datar. Dengan penyajian seperti ini, ciri-ciri peubah dan objek pengamatan serta posisi relatif antara objek pengamatan dengan peubah dapat dianalisis (Jollife 2002).
5 Beberapa hal penting yang mampu dijelaskan oleh tampilan biplot yaitu kedekatan antara objek yang diamati, keragaman peubah, korelasi antar peubah, serta nilai peubah pada suatu objek. Biplot yang mampu memberikan informasi sebesar 70% dari seluruh informasi dianggap cukup (Matjjik dan Sumertajaya 2011).
6
3 METODE Data Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data spektrum FTIR meniran (Phyllanthus niruri) berupa nilai transmitan. Data spektrum FTIR terdiri atas nilai transmitan dari 1866 bilangan gelombang dan 24 contoh meniran. Sebanyak 24 contoh meniran diperoleh dari 8 lokasi tempat tumbuh yang berbeda, yaitu Jawa Barat (Bogor, Cianjur, Sukabumi, Garut), Jawa Tengah (Karanganyar, Semarang), dan Jawa Timur (Malang, Probolinggo). 24 contoh meniran terdiri atas 3 contoh dari Bogor (BGR-1, BGR-2, BGR-3), 3 contoh dari Cianjur (CJR-1, CJR-2, CJR-3), 4 contoh dari Sukabumi (SKB-1, SKB-2, SKB-3, SKB-4), 2 contoh dari Garut (GRT-1, GRT-2), 4 contoh dari Karanganyar (KRA-1, KRA-2, KRA-3, KRA-4), 2 contoh dari Semarang (SMG-1, SMG-2), 3 contoh dari Malang (MLG-1, MLG-2, MLG-3), dan 3 contoh dari Probolinggo (PBR-1, PBR2, PBR-3). Pengambilan contoh meniran dilakukan pada tahun 2008. Kondisi tempat tumbuhnya juga diukur yaitu berupa elevasi dan curah hujan tahunan. Pengambilan contoh meniran pada penelitian ini dilakukan pada waktu serta petugas yang berbeda, memungkinkan data memiliki keragaman yang besar. Hal ini dapat disebabkan oleh kesalahan yang terjadi pada pengambilan contoh (sampling error). Spektrum FTIR meniran merupakan hasil pengukuran dari ekstrak etanolnya menggunakan spektrofotometer FTIR Tensor 37 (Bruker Optics GmbH, Karlsruhe, Jerman) di Laboratorium Pusat Studi Biofarmaka Institut Pertanian Bogor. Selain itu dilakukan juga pengukuran kadar golongan senyawa bioaktifnya (flavonoid total) dan kadar sari larut air. Senyawa kimia yang telah berhasil diidentifikasi pada meniran diperoleh dari pangkalan data KNApSAcK (http:/kanaya.naist,jp/knapsack_jsp/top.tml). Pangkalan data KNApSAcK adalah alat analisis senyawa metabolit yang memuat informasi mengenai produk alam, baik nama senyawa metabolit hingga molekulnya. Senyawa kimia ini dihubungkan dengan hasil penelusuran gugus fungsi dari spektrum FTIR meniran.
Metode Tahapan dalam penelitian ini terdiri atas dua tahap yaitu tahap prapemrosesan dan tahap analisis data. Nilai transmitan dari 1866 bilangan gelombang adalah peubah, sedangkan banyaknya objek yaitu 24 contoh meniran. Langkah-langkah yang dilakukan dalam tahap prapemrosesan data adalah sebagai berikut : Melakukan pemilahan daerah sidik jari pada seluruh bilangan gelombang. 1. 2. Data hasil pemilahan dikoreksi terlebih dahulu melalui prapemrosesan Baseline. Baseline adalah garis pangkal yang berisi set data sebagai acuan. Dalam penelitian ini digunakan metode linier baseline correction. Transformasi ini mengubah slope baseline ke baseline horizontal. Teknik
7
3.
ini menggunakan dua peubah yang akan dijadikan baseline baru. Kedua peubah didefinisikan bernilai nol dan peubah lainnya ditransformasi berdasarkan interpolasi linier ini. Melakukan derivatisasi pertama dengan metode Savitsky-Golay. Derivatisasi pertama spektrum berasal dari transmitan dan bilangan gelombang yang diturunkan menggunakan persamaan : (
)
(
)
(
)
(
)
derivatif pada bilangan gelombang ke –i transmitan pada bilangan gelombang ke –i bilangan gelombang ke-i Langkah-langkah yang dilakukan dalam tahap analisis data adalah sebagai berikut : Melakukan analisis komponen utama (AKU) berdasarkan matriks ragam 1. peragam untuk mereduksi dimensi peubah data hasil prapemrosesan. Dengan bantuan plot skor komponen utama akan diperoleh gambaran jumlah kelompok yang akan dibentuk. 2. Melakukan analisis gerombol untuk membuat kelompok meniran berdasarkan nilai transmitan pada setiap bilangan gelombang data spektrum. Jarak Euclid digunakan sebagai ukuran kemiripan. Sementara metode gerombol yang digunakan adalah metode Ward dengan harapan anggota-anggota dalam satu gerombol lebih homogen. Melakukan eksplorasi pada lokasi pengambilan contoh meniran 3. berdasarkan hasil pengelompokan untuk mengetahui karakteristik lokasilokasi tersebut. Melakukan penelusuran gugus fungsi senyawa kimia yang dikandung 4. meniran pada komponen utama yang mampu membedakan gerombol yang telah terbentuk. Penelusuran ini dilakukan berdasarkan korelasi antara peubah dan komponen utama dengan bantuan vektor ciri. Peubah pada tahap ini adalah nilai transmitan dari 312 bilangan gelombang pada masing-masing contoh meniran. Korelasi antara peubah dengan komponen utama ke-k dihitung dengan menggunakan rumus : √ √
5.
i,k = 1,2, ...,p
Menghubungkan hasil pengelompokan yang diperoleh dengan kondisi tempat tumbuh meniran serta kaitannya dengan kandungan senyawa kimianya (gugus fungsi). Untuk membantu tahapan dalam penelitian ini digunakan program Unscrambler X 10.4, SPSS 16, Minitab 15 dan SAS 9.3.
8
4 HASIL DAN PEMBAHASAN Prapemrosesan Data
Transmitan (%)
Data spektrum FTIR meniran terdiri atas transmitan dari 1866 bilangan gelombang dan 24 objek. Gambar 1 menunjukkan spektrum hasil keluaran FTIR dari 24 meniran. Langkah awal yang dilakukan dalam tahap prapemrosesan data adalah melakukan pemilahan daerah sidik jari dari seluruh peubah. Pemilahan daerah sidik jari dilakukan dengan melihat pola spektrum yang mengalami stalagmit (Yulianti 2009). Grafik spektrum FTIR Meniran yang memiliki stalagmit yaitu pada kisaran panjang bilangan gelombang 1600-1000 cm-1. Sehingga bilangan gelombang tersebut dapat dipilih sebagai daerah sidik jari, dengan banyaknya bilangan gelombang yaitu 312 bilangan gelombang sebagai peubah. Prapemrosesan data umumnya dilakukan untuk menghilangkan noise (efek pengganggu) yang sering terjadi pada data keluaran dari suatu alat pengukur. Tahap prapemrosesan selanjutnya yaitu pengoreksian data daerah sidik jari. Dalam penelitian ini pengoreksian dilakukan dengan metode baseline dan derivatisasi pertama. Metode baseline yang digunakan adalah linier baseline correction, sedangkan metode derivatisasi pertama menggunakan Savitsky-Golay.
Bilangan Gelobang (cm-1)
Gambar 1 Spektrum FTIR 24 contoh meniran Gambar 2 menunjukkan hasil dari tahap prapemrosesan data, berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa terjadi perubahan pola spektrum. Pola spektrum FTIR dari meniran terlihat lebih mulus dan tampak lebih jelas dari sebelum dilakukannya prampemrosesan data. Setelah tahap prapemrosesan ini, data spektrum FTIR diharapkan sudah bebas dari noise.
Transmitan (%)
9
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 2 Hasil prapemrosesan data spektrum FTIR meniran
Analisis Komponen Utama Data spektrum FTIR meniran hasil prapemrosesan yang terdiri atas 312 peubah dan 24 objek akan dilihat pola penyebarannya menggunakan plot skor komponen utama. Hal ini dilakukan sebagai analisis perantara menuju analisis gerombol. Ekplorasi pola penyebaran menggunakan analisis komponen utama (AKU) dilakukan dengan membuat plot skor komponen pertama dan kedua. Dari plot yang telah terbentuk diharapkan dapat melihat banyaknya kumpulan objek, yang pada nantinya dapat digunakan untuk menentukan jumlah gerombol yang akan dibangun. Gambar 3 menunjukkan plot skor komponen utama dari 24 contoh meniran. Dari plot tersebut dapat dilihat bahwa 24 objek membentuk empat kelompok dengan ragam yang mampu dijelaskan sebesar 75% (KU1 = 45% dan KU2 = 30%). Gambaran pengelompokan ini akan dijadikan dasar untuk menentukan jumlah gerombol pada analisis selanjutnya.
Gambar 3 Plot skor komponen utama lokasi tempat tumbuh meniran
10
Analisis Gerombol Setelah melalui analisis perantara komponen utama dilakukan analisis gerombol untuk mengelompokkan meniran menggunakan nilai transmitannya. Metode yang digunakan dalam analisis gerombol berhirarki ini adalah metode Ward dengan perhitungan jarak menggunakan jarak Euclidan. Data yang dijadikan dasar pengelompokan adalah skor komponen utama yaitu komponen utama pertama dan kedua yang telah diperoleh dari analisis komponen utama sebelumnya. Jumlah gerombol ditentukan berdasarkan pemotongan secara vertikal dari dendogram ditunjukkan oleh garis merah pada Gambar 4. Skala horizontal menunjukkan jarak antar gerombol. Dalam penelitian ini objek dikelompokkan menjadi 4 gerombol dengan jarak antar gerombol sebesar 5. Semakin kecil nilai jarak antar kelompok maka semakin mirip karakteristik antar kelompok tersebut. Tabel 1 menyajikan hasil pengelompokan meniran.
Gambar 4 Dendogram 24 contoh meniran Tabel 1 Hasil pengelompokan meniran dengan analisis gerombol No Kelompok 1 Kelompok 2 Kelompok 3 Kelompok 4 1 PBR-1 SMG-1 PBR-3 PBR-2 2 SKB-4 SKB-3 SMG-2 KRA-2 3 GRT-1 CJR-1 KRA-4 KRA-1 4 SKB-1 SKB-2 CJR-3 MLG-2 5 BGR-3 MLG-1 KRA-3 6 BGR-2 MLG-3 7 GRT-2 CJR-2 8 BGR-1 -
11 Kelompok meniran yang telah terbentuk dapat ditelusuri intensitas gugus fungsinya melalui nilai skor komponen utamanya. Gambar 3 menunjukkan perbandingan nilai skor komponen utama pertama dan kedua antara masingmasing kelompok meniran. Pada nilai skor komponen utama pertama kelompok 2 memiliki nilai skor yang tinggi, hal ini berarti intensitas gugus fungsi yang dapat ditelusuri oleh komponen pertama pada kelompok 2 tinggi, sedangkan kelompok 4 memilki nilai skor komponen yang rendah sehingga intensitas gugus fungsi pada kelompok tersebut juga rendah. Untuk kelompok 1 dan kelompok 2 memilki intesitas gugus fungsi sedang pada komponen utama pertama. Nilai skor komponen utama kedua menunjukkan bahwa kelompok 1 memiliki nilai skor tinggi, kelompok 3 memiliki nilai skor yang rendah sedangkan lainnya sedang. Berdasarkan nilai skor komponen utama tersebut maka intesitas gugus fungsi yang dapat ditelusuri pada komponen kedua pada kelompok 1 tinggi, sedangkan pada kelompok 2 rendah. Intensitas sedang terdapat pada kelompok 2 dan 4.
Eksplorasi Kondisi Lingkungan Empat Kelompok Meniran
(a)
(b)
(c) Gambar 5 Boxplot kondisi lingkungan tempat tumbuh kelompok meniran (a) curah hujan minimum, (b) curah hujan maksimum, (c) elevasi.
12
Dengan memanfaatkan keterangan tentang kondisi lingkungan di masingmasing lokasi tempat pengambilan contoh meniran, dapat ditentukan karakteristik masing-masing kelompok meniran yang telah terbentuk. Berdasarkan Gambar 5 dapat diketahui bahwa kelompok 1 memilki curah hujan minimum dan maksimum yang cukup tinggi dengan elevasi berkisar antara 300-700 mdpl, sama halnya dengan kelompok 2, akan tetapi elevasinya rendah. Untuk kelompok 3 memiliki curah hujan minimum 1200 mm dan maksimum 5000 mm dengan elevasi cukup rendah yaitu berkisar 150-450 mdpl. Sedangkan untuk kelompok 4 memilki curah hujan yang sangat beragam dengan rentang yang cukup lebar untuk curah hujan maksimumnya yaitu 2800-5000 mm. 40
Dimensi 2 (8,7%)
30
-40
Kelompok 1 Kelompok 2
20
Kelompok 3 10
Kelompok 4 Elevasi
0 -20
0
20
40
60
-10 -20
80
Chmin Chmax
Dimensi 1 (87%)
Gambar 6 Biplot kondisi lingkungan tempat tumbuh kelompok meniran Analisis biplot pada Gambar 6 menunjukkan bahwa peubah curah hujan maksimum memiliki keragaman yang paling besar diantara peubah lainnya. Selain itu peubah curah hujan minimum dan elevasi memilki korelasi yang negatif (berlawanan arah), artinya semakin tinggi elevasi maka curah hujan minimum akan semakin rendah dan sebaliknya. Karakteristik dari lokasi tempat pengambilan contoh meniran juga dapat diketahui dari biplot. Sebagian besar anggota dari kelompok 2 dan kelompok 4 meniran memiliki curah hujan maksimum yang tinggi. Sedangkan kelompok 3 memiliki curah hujan minimum tinggi dengan elevasi rendah.
Penelusuran Gugus Fungsi Senyawa Kimia Gugus fungsi dari senyawa kimia yang terkandung dalam meniran dapat ditelusuri dengan menghitung korelasi tertinggi antara komponen utama yang dapat membedakan gerombol dan bilangan gelombang dengan bantuan nilai vektor ciri. Hasil penelusuran dugaan gugus fungsi senyawa kimia meniran diuraikan pada Tabel 2 (Pavia et al 2001). Dari penelusuran dapat diketahui bahwa perbedaan gugus fungsi yang dapat ditelusuri oleh komponen pertama dan komponen kedua hanya 1 gugus
13 fungsi. Komponen pertama berhasil menelusuri adanya kandungan gugus fungsi C=C aromatik pada meniran sedangkan komponen kedua tidak. Sebaliknya komponen kedua berhasil menelusuri adanya kandungan gugus fungsi N-H amina pada meniran sedangkan komponen pertama tidak. Tabel 2 Penelusuran gugus fungsi senyawa kimia meniran Komponen Utama
Pertama
Kedua
Bilangan Gelombang (cm-1) 1600,815 1396,373-1375,158 1350,085-1298,01 1276,795-1261,365 1247,864-1068,496 1598,886-1558,384 1541,025-1477,379 1463,878-1352,014 1251,722-1047,28
Gugus Fungsi C=C aromatik C-H, C-X N=O nitro (R-NO2), S=O, CN, C-O anhydrides, C-X C-N amina, C-X, C-O, S=O S=O, C-N, C-O, C-X florida N-H amina N=O nitro (R-NO2) S=O, C-N, C-O anhydrides, C-X S=O, C-N, C-O, C-X florida
Pada Tabel 3 menunjukkan hubungan karakteristik lingkungan berupa curah hujan tahunan dan elevasi dari masing-masing kelompok meniran yang terbentuk dengan dugaan gugus fungsi meniran yang berasal dari kelompok daerah tersebut. Selain itu juga ditelusuri contoh senyawa matabolit meniran yang memilki kandungan gugus fungsi yang telah berhasil diduga. Kelompok 1 menunjukkan kelompok asal daerah meniran yang dengan curah hujan dan elevasi yang tinggi serta dugaan gugus fungsinya terdiri dari gugus fungsi C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, C-O, S-O, dan N-H. Begitu pula dengan dugaan gugus fungsi pada kelompok 3 dengan karakteristik lokasi tempat tumbuhnya curah hujan tinggi namun elevasi rendah. Contoh senyawa yang mengandung gugus fungsi pada kelompok 1 dan 3 adalah filatin, hipolatin, rutin dan nirurin. Sedangkan kelompok 2 menunjukkan kelompok asal daerah meniran yang dengan curah hujan tinggi dan elevasi rendah serta dugaan gugus fungsinya terdiri dari gugus fungsi C=C, C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, C-O, dan S-O. Begitu pula dengan dugaan gugus fungsi pada kelompok 4 dengan karakteristik lokasi tempat tumbuhnya curah hujan minimum tinggi, curah hujan maksimum yang sangat beragam serta elevasinya sedang. Contoh senyawa yang mengandung gugus fungsi pada kelompok 2 dan 4 adalah eriodiktin, 4-Metoksinorsekirinin, kuersetin, astragalin.
14 Tabel 3 Hubungan Karakteristik Lingkungan (Curah Hujan dan Elevasi) dan Intensitas Gugus Fungsi Dugaan Gugus Fungsi
Contoh Senyawa
1
Curah hujan minimum dan maksumum tinggi, elevasi tinggi
C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, C-O, SO,N-H
Filantin, Hipofilantin, Rutin, Nirurin
2
Curah hujan minimum dan maksimum tinggi, elevasi rendah
C=C, C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, CO, S-O
Kuersetin, Astragalin,
3
Curah hujan minimum dan maksimum tinggi, elevasi rendah
C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, C-O, SO,N-H
Filantin, Hipofilantin, Rutin, Nirurin
4
Curah hujan minimum tinggi, curah hujan maksimum beragam, elevasi sedang
C=C, C-H, C-X, N=O, S=O, C-N, CO, S-O
Eriodiktin, 4Metoksinorsekirinin, Kuersetin, Astragalin
Kel
Lingkungan
15
5 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Gugus fungsi yang berhasil ditelusuri pada tumbuhan meniran asal pulau Jawa menggunakan pola spektrum FTIR yaitu C=C aromatik, C-H, C-X, N=O nitro (R-NO2), S=O, C-N, C-O, dan N-H amina. Dengan menggunakan dua komponen dalam penelusuran gugus fungsi terdapat perbedaan hasil pada satu gugus fungsi. Komponen pertama berhasil menemukan adanya gugus fungsi C=C aromatik, sedangkan melalui komponen kedua dapat diketahui adanya gugus fungsi N-H amina. Hasil pengelompokan meniran menunjukkan bahwa intensitas kandungan senyawa kimia (gugus fungsi) pada masing-masing kelompok berbeda. Untuk komponen utama pertama, kelompok meniran dengan curah hujan per tahun tinggi dan elevasi rendah yang memiliki intensitas gugus fungsi yang tinggi. Sebaliknya intensitas gugus fungsi yang rendah ditemukan pada kelompok meniran dengan curah hujan per tahun rendah dan elevasi rendah. Komponen utama kedua menemukan intensitas gugus fungsi yang tinggi terdapat pada kelompok meniran dengan curah hujan per tahun tinggi dan elevasi tinggi, sedangkan intensitasnya rendah terjadi pada kelompok meniran yang tempat tumbuhnya memiliki curah hujan per tahun rendah dan elevasi rendah.
Saran Untuk penelitian selanjutnya akan lebih baik jika mencobakan seluruh metode prapemrosesan data dan dilakukan pemilihan metode terbaiknya. Selain itu kondisi fisik dan lingkungan tempat tumbuh yang lebih lengkap akan menambah tingkat akurasi dalam penelitian.
16
DAFTAR PUSTAKA Dalimartha S. 2008. 1001 Resep Herbal. Jakarta (ID) : Penebar Swadaya. Johnson RA, Wichern DW. 2002. Applied Multivariate Statistical Analysis. Ed ke-5. United States of America : Prentice Hall International. Inc. Jollife IT. 2002. Principal Component Analysis. Ed ke-2. New York (US) : Springer Verlag. Kardinan. 2004. Meniran Penambah Daya Tahan Tubuh Alami. Ed ke-1. Jakarta (ID) : Agro Media Pustaka, Mattjik AA, Sumertajaya IM. 2011. Sidik Peubah Ganda dengan Menggunakan SAS dan Minitab jilid 1. Bogor (ID): IPB Pr. Pavia DL, Lampman GM, Krlz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-4. Washington (US) : Springer Verlag. Sulaksana J, Jayusman ID. 2004. Meniran, Budidaya & Pemanfaatan untuk Obat. Jakarta (ID) : Penebar Swadaya. Sun S, Chen J, Zhou Q, Lu G, Chan K. 2010. Application of mid-infrared spectroscopy in the quality control of traditional Chinese medicines. Planta Medica. 76(17): 1987-1996. Than NN, Fotso S, Poeggeler B, hardeland R, Laatsch H. 2006. Niruriflavone, a new antioxidant flavones sulfonic acid from Phyllanthus niruri. Z. Naturforsch. 61(b):1-4. Umar HA, Syahruni R, Burhan A, Maryam F, Amin A, Marwati, Masero LR. 2016. Determinasi dan analisis finger print tanaman murbei sebagai bahan baku obat tradisional dengan metode spektroskopi FTIR dan kemometrik. Pharmacon Jurnal Ilmiah Farmasi. 5(1):78-90. Yulianti. 2009. Penerapan Model Pembelajaran Berbasis Masalah (PBM) untuk Meningkatkan Pemahaman Konsep Fisika [Skripsi]. Bandung (ID) : Universitas Pendidikan Indonesia.
17 Lampiran 1 Analisis ragam skor komponen utama kelompok meniran komponen utama pertama Sumber
Jumlah
Keragaman
Kuadrat
Dalam Kelompok
0,012656
3
0,004219
Antar Kelompok
0,003715
20
0,000186
Total
0,016371
23
db
Rataan Kuadrat
F hitung 22,71299
komponen utama kedua Sumber
Jumlah
Keragaman
Kuadrat
Dalam Kelompok
0,008858
3
0,002953
Antar Kelompok
0,001899
20
9,49E-05
Total
0,010756
23
db
Rataan Kuadrat
F hitung 31,10244
-0,03
-0,01
-0,03
-0,04 1601 1583 1566 1549 1531 1514 1497 1479 1462 1445 1427 1410 1393 1375 1358 1340 1323 1306 1288 1271 1254 1236 1219 1202 1184 1167 1150 1132 1115 1097 1080 1063 1045 1028 1011
-0,01
1601 1583 1566 1549 1531 1514 1497 1479 1462 1445 1427 1410 1393 1375 1358 1340 1323 1306 1288 1271 1254 1236 1219 1202 1184 1167 1150 1132 1115 1097 1080 1063 1045 1028 1011
18
Lampiran 2 Plot penelusuran gugus fungsi pada komponen utama
komponen utama pertama 0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,02
a
-0,02
a b
b c c d e
-0,04
komponen utama kedua
0,04
0,03
0,02
0,01
0
d
19
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Desa Long Bagun Ulu Kabupaten Mahakam Ulu pada tanggal 20 April 1993 sebagai anak bungsu dari pasangan Hj. Hasmiyati dan H.Mahmud (alm). Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Statistika, FMIPA Universitas Mulawarman dengan beasiswa BIDIKMISI, lulus pada tahun 2014. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan magister di Program Studi Statistika pada Program Pascasarjana IPB dengan Beasiswa Pendidikan Indonesia LPDP (Lembaga Pengelola Dana Pendidikan) dari Kementerian Keuangan Republik Indonesia. Selama mengikuti program S-2 penulis sempat menjadi asisten praktikum/responsi di Departemen Statistika IPB dan aktif di beberapa himpunan dan organisasi. Penulis pernah menjabat sebagai Sekretaris umum HIMPRO Sekolah Pascasarjana Departemen Statistika tahun 2015-2016 dan Bendahara di perkumpulan Awardee LPDP IPB tahun 2015. Penulis juga merupakan Ketua Divisi Kajian Ilmiah di Yayasan Rumah Awardee dan anggota dari Divisi Keakraban di Yayasan Mata Garuda LPDP. Penulis mengikuti 14th International Conference on Statistical Science di Pakistan pada bulan Maret 2016 dengan menyajikan karya ilmiah yang berjudul Classification of Meniran (Phyllanthus niruri) in Java Island Based on FTIR Spectra. Karya ilmiah tersebut juga telah diterbitkan dalam prosiding dan merupakan bagian dari program S-2 penulis.
