PENGARUH VARIASI DIMENSI SAMPEL, FREKUENSI, DAN SUHU TERHADAP SIFAT BIOLISTRIK TEBU (Saccharum officanarum L.) UNTUK PENGEMBANGAN ALAT UKUR CEPAT RENDEMEN TEBU EFFECT OF SAMPLE DIMENSION VARIATION, FREQUENCY, AND TEMPERATURE ON THE BIOELECTRICAL PROPERTIES OF SUGARCANE (Saccharum officanarum L.) FOR DEVELOPMENT OF SUGARCANE YIELD RAPID MEASURING INSTRUMENT Sucipto1, M. Lutfi Almer Hasan2, Dimas Firmanda Al Riza3, Simping Yuliatun4, Supriyanto5, Agus Supriatna Somantri6 1) Staf Pengajar Jurusan Teknologi Industri Pertanian FTP UB 2) Alumni Jurusan Teknologi Industri Pertanian FTP UB 3) Staf Pengajar Jurusan Keteknikkan Pertanian FTP UB 4) Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia 5) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB 6) Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian *email korespondensi:
[email protected] ABSTRAK Rendemen tebu saat ini ditetapkan bukan berdasarkan perhitungan hasil akhir gula dibagi jumlah tebu, namun berdasarkan perhitungan rendemen sementara (RS). Penetapan rendemen tebu tersebut dirasa belum akurat dan belum transparan. Pengukurannya tidak menghasilkan angka yang langsung dapat menunjukkan rendemen tebu. Dengan kelemahan tersebut, pengukuran rendemen tebu perlu dikembangkan sehingga lebih mudah, praktis, dan cepat. Peluang tersebut adalah pengukuran rendemen berbasis sifat biolistrik dengan metode dielektrik. Masalahnya adalah belum terstandarnya teknik persiapan sampel. Penelitian ini bertujuan mendapatkan panjang tebu standar, frekuensi terbaik yang paling tidak dipengaruhi oleh variasi suhu dan pengaruh suhu pada pengukuran sifat biolistrik, serta korelasi sifat biolistrik terhadap nilai rendemen. Penelitian pendahuluan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) 2 faktor yaitu faktor I (panjang tebu) terdiri dari 7 level (1, 1,5, 2, 2,5, 3, 4, 5 cm) dan faktor II (frekuensi) terdiri dari 5 level (100, 500, 1000, 1500, 2000 Hz) sehingga diperoleh 35 kombinasi perlakuan dengan 1 kali ulangan. Penelitian utama menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) 2 faktor yaitu faktor I (frekuensi) terdiri dari 7 level (100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000 Hz) dan faktor II (suhu) terdiri dari 4 level (20, 25, 30, 35 0C) sehingga diperoleh 28 kombinasi perlakuan dengan 3 kali ulangan. Hasil penelitian didapatkan ukuran panjang tebu 3 cm. Frekuensi terbaik 1000 Hz dan tidak terdapat perbedaan pengaruh variasi suhu terhadap pengukuran sifat biolistrik. Sifat biolistrik yang berkorelasi signifikan terhadap nilai rendemen adalah kapasitansi. Sifat biolistrik tersebut akan digunakan sebagai parameter pengukuran cepat rendemen tebu. Kata Kunci: Tebu, Sifat Biolistrik, Metode Dielektrik, Alat ukur Cepat, Rendemen ABSTRACT The yield of sugarcane is not currently set based on calculation of sugar final result divided by the quantity of sugarcane, but based on the calculation of the first yield (RS). Determination of the yield of sugarcane seems still not accurate and not transparent. The measurement does not produce numbers that can show the yield of sugarcane instantly. Based on the weakness, the measurement yield of sugarcane needs to be developed to make easier, more practical, and faster. The opportunity is by measuring yield of sugarcane based on the bioelectrical properties with dielectric properties method. The problem is unstandardized sample preparation techniques. This research is to obtain a standard length of sugarcane, the best frequency which has the the smallest effect of temperature variation, and the temperature effect on the measurement bioelectrical properties, also bioelectrical properties correlation to yield value. Preliminary research uses a completely randomized design (CRD) 2 factors: factor I (length of sugarcane) consists of 7 levels (1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5 cm) and factor II (frequency) consists of 5 levels (100, 500, 1000, 1500, 2000 Hz) which are obtained 35 combination treatments with 1 repetition. The main research uses randomized block design (RBD) 2 factors: the first factor (frequency) consists of 7 levels (100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000 Hz) and factor II (temperature) consists of 4 levels (20, 25, 30, 35 0C) which are obtained 28 combination treatments with 3 repetitions. The research result showed a standard length of sugarcane is 3 cm. The best frequency is 1000 Hz and there are not differences effect of temperature variation on the measurement of bioelectrical properties. The bioelectrical properties which correlated significantly to the yield value is the capacitance. The capacitance will be used as a parameter in sugarcane yield rapid measurement. Keywords: Sugarcane, Bioelectrical Properties, Dielectric Method, Rapid measuring instrument, Yield
PENDAHULUAN Penetapan rendemen tebu saat ini bukan berdasarkan perhitungan hasil akhir gula dibagi jumlah tebu, namun berdasarkan perhitungan rendemen sementara (RS). Pengukuran rendemen tebu tersebut dirasa belum akurat banyak pihak, salah satunya petani. Akibatnya, terjadi ketidakpercayaan dari petani. Hal ini disebabkan dua hal. Pertama, petani belum memahami metode pengukuran rendemen menggunakan rumus
dan cara yang rumit serta relatif lebih lama dengan melibatkan banyak pihak. Kedua, pengukurannya tidak menghasilkan angka yang langsung dapat dibaca (Anonymous, 2004). Dengan kelemah-an tersebut, ada peluang mencari cara pengukuran rendemen tebu yang lebih mudah, praktis, dan cepat. Peluang tersebut adalah pengukuran rendemen berbasis sifat biolistrik dengan metode dielektrik. Biolistrik adalah karakteristik kelistrikan suatu sel atau jaringan pada makhluk hidup.
Sifat biolistrik meliputi induktansi, konduktansi, impedansi, kapasitansi, dan konstanta dielektrik. Sifat biolistrik sangat dipengaruhi frekuensi, suhu, kadar air, densitas, komposisi, dan struktur materi (Castro-Giraldez et al., 2010). Metode dielektrik merupakan pengukuran sifat biolistrik menggunakan dua plat kapasitor dan bahan yang diukur diletakkan di antara dua plat kapasitor yang dianggap bahan dielektrik. Masalah pengukuran rendemen tebu berbasis sifat biolistrik dengan metode dielektrik adalah belum terstandarnya teknik persiapan sampel. Standar pengukuran sangat penting untuk mendapatkan nilai pengukuran yang valid. Berdasarkan masalah tersebut, penelitian ini bertujuan memberikan alternatif standar persiapan sampel pengukuran rendemen tebu berbasis sifat biolistrik dengan metode dielektrik. Standar pengukuran meliputi panjang tebu dan frekuensi. Selain itu, diketahui pengaruh suhu terhadap sifat biolistrik dan sifat biolistrik yang paling berkorelasi terhadap rendemen. Hal ini dijadikan penunjang pengembangan alat ukur cepat rendemen tebu. BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian Bahan parallel plate yaitu papan PCB (Printed Circuit Board) tembaga polos, kabel, timah, FeCl3 (Ferri Cloride), dan stiker polos. Bahan penelitian pendahuluan adalah tebu varietas BL (Bululawang) dari perkebunan rakyat di Kabupaten Malang berumur 8 bulan. Bahan penelitian utama adalah tebu varietas PSJK 922 (PS = Pasuruan (P3GI Pasuruan), JK = Jengkol (Puslit Gula Jengkol PTPN X), 92 = tahun persilangan (1992), 2 = nomor seri) dari Pusat Penelitian Perkebun-an Gula Indonesia (P3GI) berumur 10 bulan. Alat Penelitian Alat untuk membuat parallel plate adalah amplas, penggaris, bor PCB, solder, cutter, spidol permanent, jangka, wadah dan pengaduk. Alat pembawa sampel adalah sample box. Alat pengatur dan pengukur suhu adalah thermoelectric cooler (WAECO) dan termometer digital. Alat pemotong tebu adalah pisau. Alat pengukur dimensi tebu adalah penggaris dan jangka sorong. Alat untuk menimbang tebu adalah timbangan digital (seri GE 2102 Sartorius). Alat pengukur sifat biolistrik adalah LCR Meter (seri 816 GW Instek).
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan bulan AprilAgustus 2014. Penelitian dilakukan di Laboratorium Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya dan Laboratorium Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI). Penelitian Pendahuluan Penelitian pendahuluan dimulai dengan pembuatan plat kapasitor, persiapan LCR meter kemudian ditentukan faktor-faktor yang dikombinasikan. Setelah itu, dipersiapkan sampel tebu dan diuji sifat biolistrik dengan berbagai perlakuan. Nilai sifat biolistrik yang dihasilkan dianalisis sehingga menghasilkan panjang tebu dan rentang frekuensi yang menghasilkan sifat biolistrik konsisten. Hasil tersebut diguna-kan sebagai acuan penelitian utama. Sampel tebu dan plat kapasitor dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.
Gambar 1. Sampel Tebu pada Sample Holder
3 cm
Gambar 2. Plat Kapasitor Penelitian pendahuluan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) tersusun atas 2 faktor. Faktor I (panjang tebu) terdiri 7 level (1, 1,5, 2, 2,5, 3, 4, 5 cm) dan faktor II (frekuensi) terdiri 5 level (100, 500, 1000, 1500, 2000 Hz) sehingga diperoleh 35 kombinasi. Penelitian Utama Penelitian utama dimulai dengan persiapan sampel tebu dan penentuan faktor-faktor yang dikombinasikan. Setelah itu, diuji sifat listrik menggunakan LCR Meter sehingga menghasilkan data nilai sifat biolistrik. Data diuji pengaruh variansi frekuensi, suhu, dan interaksi frekuensi dan suhu terhadap sifat biolistrik. Setelah itu, frekuensi terbaik dipilih.
Pada frekuensi terbaik, diketahui hubungan variasi suhu terhadap sifat biolistrik. Kemudian, karakteristik biolistrik tebu dikorelasikan terhadap rendemen sehingga diketahui hubungan sifat biolistrik yang berkorelasi paling signifikan terhadap rendemen. Skema rangkaian pengukuran dapat dilihat pada Gambar 3. Penelitian utama menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) yang tersusun atas 2 faktor. Faktor I (frekuensi) terdiri dari 7 level (100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000 Hz) dan faktor II (suhu) terdiri dari 4 level ( 20, 25, 30, 35 °C) sehingga diperoleh 28 kombinasi perlakuan dengan 3 kali ulangan. AB
C D E G
Keterangan: A : LCR Meter B : Kabel C : Termometer Digital D : Thermoelectric Cooler E : Penjepit F : Tebu G : Plat Kapasitor
Gambar 3. Skema Rangkaian Pengukuran Penelitian Utama
Sistem
Analisa Data Data penelitian pendahuluan dilakukan analisis deskriptif. Analisis deskriptif memiliki tujuan untuk mempermudah dipahami pembaca. Pengolahan data penelitian utama menggunakan analisis deskriptif dan analisis ragam atau Analysis of Variant (ANOVA) serta analisis regresi linier berganda. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian Pendahuluan Karakteristik Biolistrik Tebu pada Berbagai Frekuensi dan Ukuran Pengaruh Frekuensi dan Ukuran Tebu terhadap Kapasitansi Gambar 4 menunjukkan nilai kapasitansi tebu pada frekuensi 100-2000 Hz menurun seiring bertambahnya frekuensi pengukuran. Penurunan nilai kapasitansi pada tebu seiring dengan naiknya frekuensi akibat penyearahan momen dipol pada molekulmolekul penyusun tebu. Nilai kapasitansi tebu
pada ukuran 0,5 cm berkisar 4.513-329,2 nF dan pada ukuran 5 cm berkisar 627,3-38,4 nF. Penurunan drastis terjadi pada rentang frekuensi 100-1000 Hz dan penurunan mulai berkurang pada rentang frekuensi >1000 Hz. Hal ini karena penyearahan momen dipol sudah tidak terjadi karena transmisi energi lebih banyak pada frekuensi tinggi (Robby, 2013). Kemampuan polarisasi bahan dielektrik berubah sesuai frekuensi yang mengakibatkan kapasitansi dan konstanta dielektrik menghasilkan nilai yang bervariasi. Pada frekuensi rendah, nilai kapasitansi tinggi karena penyearahan dipol suatu bahan dielektrik tidak terpengaruh seperti halnya pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi, nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik rendah karena dipol-dipol tidak dapat mempertahankan penyerahannya pada arus bolak-balik (Rajib et al., 2014). Pada Gambar 4 terlihat bahwa frekuensi berpengaruh terhadap kapasitansi. Semakin besar frekuensi maka semakin kecil kapasitansi. Dengan naiknya frekuensi, semakin banyak gelombang yang ditransmisikan tiap detiknya, sebelum kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan dalam kapasitor dengan cepat, yang mengakibatkan muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan semakin kecil (Robby, 2013).
Gambar 4. Hubungan Frekuensi terhadap Kapasitansi dengan Berbagai Ukuran Tebu Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin panjang ukuran tebu maka semakin kecil kapasitansi. Hal ini sesuai Tipler (2001), bahwa ketika jarak antar plat atau panjang ukuran tebu semakin jauh maka nilai kapasitansi berkurang. Pada saat luas area bahan dielektrik semakin besar maka kapasitansinya akan
meningkat. Ketika permitivitas bahan dielektrik besar maka kapasitansi akan meningkat (Giancoli, 2001). Pengaruh Frekuensi dan Ukuran Tebu terhadap Impedansi Gambar 5 menunjukkan nilai impedansi tebu turun seiring bertambahnya frekuensi. Nilai impedansi tebu pada ukuran 5 cm berkisar 8,82-4,37 kΩ dan pada ukuran 0,5 cm berkisar 1,05-0,52 kΩ. Impedansi mengalami penurunan setiap bertambah frekuensi. Hal ini sesuai dengan Martinsen (2008) bahwa pada frekuensi yang lebih tinggi suatu jaringan biologis akan lebih menjadi konduktor, yaitu muatan-muatan pada jaringan akan lebih bebas bergerak dan lebih bersifat konduktif sehingga impedansi semakin kecil.
Gambar 5. Hubungan Frekuensi terhadap Impedansi dengan Berbagai Ukuran Tebu Impedansi didefinisikan sebagai total oposisi atau hambatan arus listrik termasuk resistansi, kapasitansi dan induktansi dalam sebuah rangkaian arus bolak-balik (AC) (Anonymous, 1992). Kebalikan dari impedansi adalah admitansi (Zuhal dan Zhanggischan, 2004). Frekuensi yang bertambah besar akan meningkatkan pergerakan muatan dan ion-ion dalam bahan tebu. Selanjutnya, bahan bisa mengikuti perubahan tersebut dengan mobilitas yang meningkat sehingga impedansi menurun dengan kata lain admitansi meningkat (Robby, 2013). Pengaruh Frekuensi dan Ukuran Tebu terhadap Konstanta Dielektrik Gambar 6 menunjukkan nilai konstanta dielektrik semakin menurun seiring bertambahnya frekuensi. Hal ini merupakan salah satu keterkaitan sifat dielektrik dengan nilai kapasitansi tebu. Penurunan nilai konstanta dielektrik pada tebu sesuai dengan penurunan nilai kapasitansinya. Konstanta
dielektrik tebu pada ukuran 4 cm berkisar 2.600.000,00-144.000,00 dan pada ukuran 1 cm berkisar 621.000,00-67.000,00. Nilai tersebut jauh lebih besar dari konstanta dielektrik udara (1 atm), yaitu 1,00059 (Tipler, 2001). Konstanta dielektrik merupakan kemampuan bahan untuk polarisasi dan menyimpan energi (Anonymous, 2014). Penurunan konstanta dielektrik tebu seiring bertambahnya frekuensi karena frekuensi tinggi menyebabkan gerak molekul-molekul yang bersifat acak sehingga cenderung menghambat proses penyearahan atau polarisasi (Tipler, 2001).
Gambar 6. Hubungan Frekuensi terhadap Konstanta Dielektrik dengan Berbagai Ukuran Tebu Tebu yang digunakan sebagai bahan dielektrik dipengaruhi oleh medan listrik pada plat kapasitor dan akan bersifat insulator sehingga muatan pada tebu akan diam dan tidak bebas bergerak akibat pengaruh medan listrik (Robby, 2013). Konstanta dielektrik tebu dipengaruhi komponen penyusun tebu yang terdiri dari sukrosa dan air yang umumnya bersifat polar. Konstanta dielektrik tebu yang besar menunjukkan bahwa tebu merupakan bahan dielektrik polar (Indriani dan Sumiarsih, 1992). Karakteristik biolistrik pada tebu dipengaruhi oleh frekuensi yang diberikan. Semakin meningkat frekuensi mengakibat-kan nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik menurun secara eksponensial dan nilai impedansi turun secara logaritmik. Sifat biolistrik tebu dipengaruhi keseragaman arah momen dipol yang menyebabkan besarnya medan listrik internal di dalam tebu sehingga memberikan pengaruh pada mudahnya keseragaman orientasi molekuler bahan tersebut (Anonymous, 2014). Hal ini ditunjukkan dengan nilai konstanta dielektrik
bahan tersebut yang besar. Sifat biolistrik tebu berupa kapasitansi, impedansi, dan konstanta dielektrik sangat dipengaruhi bahan penyusun yang banyak mengandung bahan-bahan yang terdiri dari air dan sukrosa (Indriani dan Sumiarsih, 1992). Hasil penelitian pendahuluan didapatkan ukuran diameter parallel plate 2,5 cm. Diameter ini disesuaikan ukuran rata-rata diameter tebu. Selain itu, dihasilkan ukuran panjang tebu 3 cm yang akan digunakan dalam pengukuran sifat biolistrik tebu pada penelitian utama. Ukuran ini dipilih karena tidak ada pengaruh perbedaan nyata antara panjang tebu terhadap nilai kapasitansi. Adapun grafik hubungan panjang tebu terhadap nilai kapasitansi dapat dilihat pada Gambar 4. Pada Gambar 4 dapat ditentukan rentang frekuensi lebih spesifik untuk penelitian utama. Rentang frekuensi tersebut adalah 100-1000 Hz. Hal ini karena terjadi penurunan besar antara 100-1000 Hz dan terjadi penurunan konstan di antara 1000 Hz–2000 Hz. Karena itu, diperlukan penelitian lebih lanjut dan lebih spesifik untuk menentukan frekuensi mana yang terbaik dipilih untuk pengukuran sifat biolistrik tebu. Penelitian Utama Pengaruh Variansi Frekuensi, Suhu, dan Interaksi Frekuensi dan Suhu terhadap Sifat Biolistrik Pada penelitian utama, faktor 1 frekuensi pengukuran 100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000 Hz dan faktor 2 suhu pengukuran 20, 25, 30, 35°C. Rentang suhu pengukuran tersebut dipilih karena suhu ideal bagi tanaman tebu berkisar antara 24-34°C (Indrawanto, 2010). Uji pengaruh variasi frekuensi, suhu, dan interaksi frekuensi dan suhu terhadap sifat biolistrik (kapasitansi, impedansi, dan konstanta dielektrik) terhadap kapasitansi akan menghasilkan nilai probabilitas yang sama dengan konstanta dielektrik. Hal ini karena konstanta dielektrik dihitung berdasarkan nilai kapasitansi dan memiliki hubungan searah. Uji pengaruh tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2.
Tabel 2. Uji Pengaruh Variansi Frekuensi, Suhu, dan Interaksi Frekuensi dan Suhu terhadap Impedansi Kruskal Walis Chi-Square Probabilitas
Frekuensi
Suhu
21,747 0,001
2,483 0,478
Interaksi Frekuensi dan Suhu 24,395 0,608
Tabel 1 menunjukkan variasi frekuensi berpengaruh nyata terhadap kapasitansi dengan nilai probabilitas sebesar 0,000 (< α=5%). Suhu tidak berpengaruh nyata dengan nilai probabilitas sebesar 0,922 (> α=5%). Hal ini karena rentang suhu pengukuran terlalu pendek sehingga tidak menunjukkan pengaruh suhu lebih besar terhadap kapasitansi. Interaksi frekuensi dan suhu berpengaruh nyata terhadap kapasitansi dengan nilai probabilitas sebesar 0,000 (< α=5%). Tabel 2 menunjukkan variasi frekuensi berpengaruh nyata terhadap impedansi dengan nilai probabilitas sebesar 0,001 (< α=5%). Suhu tidak berpengaruh nyata dengan nilai probabilitas sebesar 0,478 (> α=5%). Interaksi frekuensi dan suhu tidak berpengaruh nyata dengan nilai probabilitas sebesar 0,608 (> α=5%). Penentuan Frekuensi Terbaik Terdapat kriteria pada penentuan frekuensi terbaik, yaitu toleransi terkecil atau koefisien varian terkecil (Sucipto dkk, 2013). Hal ini dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 7. Tabel 3. Rerata Kapasitansi, Standar Deviasi, dan Koefisien Varian dalam Empat Variasi Suhu pada Masing-Masing Frekuensi Frekuensi 100 200 300 400 500 750 1000
Rerata Kapasitansi (nF) 490,449 269,466 190,218 149,460 124,477 90,325 71,626
Standar Deviasi (nF) 152,790 79,390 54,922 42,894 35,458 25,180 19,752
Koefisien Varian 0,312 0,295 0,289 0,287 0,285 0,279 0,276
Tabel 1. Uji Pengaruh Variansi Frekuensi, Suhu, dan Interaksi Frekuensi dan Suhu terhadap Kapasitansi Kruskal Walis Chi-Square Probabilitas
Frekuensi
Suhu
65,931 0,000
0,487 0,22
Interaksi Frekuensi dan Suhu 66,519 0,000
Gambar 7. Hubungan Frekuensi terhadap Rerata Kapasitansi dan Standar Deviasi
Tabel 3 dan Gambar 7 menunjukkan bahwa semakin besar frekuensi semakin kecil rerata kapasitansi, standar deviasi, dan koefisien varian. Karena itu, frekuensi terbaik adalah 1000 Hz. Pada frekuensi tersebut standar deviasi atau simpangan baku terkecil dan koefisien varian atau toleransi terhadap variasi suhu pengukuran terkecil atau dengan kata lain pengukuran semakin tepat. Hal ini sesuai pernyataan Martinsen et al. (2000), penggunaan frekuensi rendah (low frequency), dimana pemberian frekuensi tepatnya 1000 Hz merupakan frekuensi terbaik yang telah disesuaikan untuk pengukuran dielektrik dengan penya-jian pengukuran bahan yang dijepit dengan dua plat tembaga. Karakteristik Biolistrik Tebu Berbagai Suhu pada Frekuensi Terbaik Pada hasil sebelumnya didapat hasil bahwa suhu tidak berpengaruh terhadap sifat biolistrik. Selain itu, didapatkan frekuensi pengukuran terbaik, yaitu pada 1 kHz. Selain itu, suhu yang digunakan dalam pengukuran yaitu 20, 25, 30 dan 35°C. Karakteristik biolistrik tebu (kapasitansi, impedansi dan konstanta dielektrik) pada frekuensi terbaik dan suhu tersebut dapat dilihat sebagai berikut. Karakteristik Kapasitansi Berbagai Suhu pada Frekuensi Terbaik Nilai kapasitansi tebu akibat pengaruh berbagai suhu pada frekuensi 1 kHz disajikan pada Gambar 8.
menghambat proses penyearahan dan penyimpanan energi. Hal ini mengakibatkan semakin tinggi suhu maka kapasitansi dan konstanta dielektrik seharusnya menurun (Anonymous, 2014). Karakteristik Impedansi Berbagai Suhu pada Frekuensi Terbaik Nilai impedansi tebu akibat pengaruh berbagai suhu pada frekuensi 1 kHz disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Hubungan Suhu terhadap Impedansi Gambar 9 menunjukkan kecenderungan pengaruh suhu terhadap impedansi pada rentang suhu 20–35°C. Semakin suhu tinggi maka impedansi cenderung menurun tetapi tidak signifikan. Nilai impedansi tebu berkisar 7,048 kΩ sampai 6,075 kΩ. Menurut Tipler (2001), pada temperatur tinggi gerak termal molekul-molekul bersifat acak, cenderung menghambat proses penyearahan sehingga impedansi semakin besar. Hal ini mengakibatkan semakin tinggi suhu maka impedansi meningkat. Karakteristik Konstanta Dielektrik Berbagai Suhu pada Frekuensi Terbaik Konstanta dielektrik tebu akibat pengaruh berbagai suhu pada frekuensi 1 kHz disajikan pada Gambar 10. Gambar 10. Hubungan Suhu terhadap Konstanta Dielektrik
Gambar 8. Hubungan Suhu terhadap Kapasitansi Gambar 8 menunjukkan kecenderungan pengaruh suhu terhadap kapasitansi pada rentang suhu 20–35°C. Semakin suhu tinggi maka kapasitansi cenderung meningkat tetapi tidak signifikan. Nilai kapasitansi tebu berkisar 67,798 nF sampai 76,353 nF. Menurut Tipler (2001), pada temperatur tinggi, gerak termal molekul-molekul bersifat acak, cenderung
Gambar 10 menunjukkan kecenderungan konstanta dielektrik semakin meningkat seiring meningkatnya suhu tetapi tidak signifikan. Nilai konstanta dielektrik tebu berkisar 11,711 sampai 13,188 nF. Hasil ini berbeda dengan pendapat Tipler (2001), bahwa konstanta dielektrik menurun seiring meningkatnya suhu karena suhu tinggi menyebabkan gerak termal molekul-molekul yang bersifat acak sehingga cenderung menghambat proses penyearahan atau polarisasi. Konstanta
dielektrik merupakan kemampuan untuk polarisasi dan menyimpan (Anonymous, 2014).
bahan energi
Penentuan Sifat Biolistrik pada Frekuensi Terbaik yang Berkorelasi Signifikan terhadap Nilai Rendemen Penentuan sifat biolistrik Kapasitansi (C), Impedansi (Z), dan Konstanta Dielektrik (K) yang berkorelasi signifikan terhadap nilai rendemen menggunakan uji analisis regresi linier berganda pada Tabel 4.
Nilai keakuratan (goodness of fit) tertinggi pada model polynomial dengan nilai keakuratan (R2) sebesar 51,63% sehingga model yang sesuai dengan hubungan kapasitansi dan rendemen adalah polynomial. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 11. Nilai keakuratan ini termasuk kecil sehingga perlu dilakukan pengolahan data menggunakan statistika modern yang banyak dilakukan oleh komputer berkecepatan tinggi, misalnya jaringan saraf tiruan (Artificial Neural Network).
Tabel 4. Hasil Uji Pengaruh Sifat Biolistrik terhadap Rendemen Model
Unstandardized Coefficients
B (Constant) -6,243 C 0,504 Z 0,270 CK 0,001 ZK 0,003 0,000173 CZK a.
Std. Error 1,163 0,037 0,077 0,000 0,003 0,000
Standardized
z
Sig.
Beta 11,98 3,57 -6,2 1,59 -3,51
-5,37 13,48 3,517 -5,27 0,91 -3,17
0,000 0,000 0,001 0,000 0,368 0,003
Dependent Variable: rendemen
Tabel 4 menunjukkan variabel yang memiliki nilai standardized coefficients beta terbesar adalah kapasitansi 11,988 sehingga kapasitansi memiliki pengaruh dominan terhadap rendemen. Karena itu, sifat biolistrik yang berkorelasi signifikan terhadap nilai rendemen adalah kapasitansi. Bahan Pertanian banyak mengandung air dan komposisi kimia. Sifat biolistrik bahan dipengaruhi oleh frekuensi yang digunakan, kandungan air, suhu, densitas, struktur bahan dan komposisi kimia (Harmen, 2001). Kapasitansi tebu sangat dipengaruhi bahan penyusun yang banyak mengandung air dan bahan kering terlarut, termasuk sukrosa (Indriani dan Sumiarsih, 1992). Beberapa model hubungan kapasitansi terhadap rendemen pada Tabel 5. Tabel 5. Beberapa Model Kapasitansi terhadap Rendemen No 1 2 3 4 5
Gambar 11. Hubungan Kapasitansi terhadap Rendemen
Jenis Model Persamaan Exponential y = 10,22e0,0025x Linear y = 0,0297x + 10,153 Logarithmic y = 1,377ln(x) + 6.3998 Polynomial y = -0,0002x2 + 0,057x + 9,5059 Power y = 7,4237x0.1175
Hubungan R2 0,5059 0,501 0,4708 0,5163 0,4725
Tabel 5 menunjukkan persamaan garis dan nilai keakuratan dari masing-masing model.
Gambar 11 menunjukkan kecende-rungan bahwa semakin tinggi kapasitansi maka semakin tinggi rendemen tebu. Rendemen tebu adalah kadar kandungan gula di dalam batang tebu yang dinyatakan dengan persen. Rendemen tebu berbanding lurus dengan kandungan sukrosa, semakin tinggi rendemen tebu maka sukrosa semakin tinggi. Sebaliknya, semakin rendah rendemen tebu maka sukrosa semakin rendah. Suatu bahan dapat dikatakan polar dan non polar. Menurut Effendy (2006), sukrosa merupakan senyawa polar. Penentuan senyawa bersifat polar dan nonpolar harus dilihat rumus struktur dari senyawa tersebut. Sifat polar dan nonpolar juga dapat diketahui dari mudah tidaknya senyawa itu membentuk ikatan hidrogen diantara molekulnya, besarnya momen dipol, percabangan dan juga tetapan dielektriknya. Senyawa polar adalah senyawa yang mempunyai momen dipol lebih besar daripada nol karena molekul yang menyusun adalah molekul yang tidak sejenis dan memiliki perbedaan keelektronegatifan serta mempunyai struktur bangun asimetris. Selain itu, tetapan dielektriknya tinggi. Senyawa nonpolar adalah senyawa yang mempunyai momen dipol sama dengan nol (μ = 0). Hal ini karena molekul yang mempunyai atom sejenis atau molekul tidak sejenis tetapi rumus
bangunnya berbentuk simetris sehingga tidak ada kecenderungan titik berat elektron menuju salah satu molekul. Selain itu, tetapan dielektriknya rendah. Menurut Nelson dan Stetson (1975), komposisi kimia suatu bahan mempengaruhi nilai kapasitansi. Kudra et al., (1992) menerangkan senyawa polar dan non polar mempengaruhi kapasitansi dan konstanta dielektrik. Senyawa polar berbanding lurus sedangkan senyawa non polar berbanding terbalik terhadap nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik. Semakin tinggi komposisi kimia senyawa polar maka semakin tinggi nilai kapasitansi. Semakin rendah komposisi kimia senyawa polar maka semakin rendah nilai kapasitansi. Hal ini sesuai dengan hubungan nilai kapasitansi terhadap rendemen yang berbanding lurus dengan kandungan sukrosa pada Gambar 11. KESIMPULAN DAN SARAN Ukuran panjang tebu 3 cm dan frekuensi 100-1000 Hz dapat digunakan sebagai alternatif standar pengukuran sifat biolistrik tebu. Frekuensi terbaik yang paling tidak dipengaruhi oleh variasi suhu yaitu 1000 Hz dan variasi suhu 200C-350C terhadap sifat biolistrik tidak berpengaruh nyata. Sifat biolistrik yang berkorelasi signifikan terhadap nilai rendemen adalah kapasitansi. Sifat biolistrik tersebut disarankan sebagai parameter pada alat ukur cepat rendemen tebu dan pengolahan data disarankan menggunakan statistika modern, misalnya jaringan saraf tiruan (Artificial Neural Network). UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih disampaikan kepada Badan Litbang Pertanian sebagai pemberi dana pada program Kerjasama Kemitraan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Nasional (KKP3N) No. 123/TL.220/I.1/3/ 2014.k tahun anggaran 2014. DAFTAR PUSTAKA Anonymous. 1992. DOE Fundamentals Handbook Volume 3 of 4. U.S. Department of Energy. Washington DC. Anonymous. 2004. Menuju Penentuan Rendemen Tebu Yang Lebih Individual. Warta Penelitian dan
Pengembangan Pertanian. Vol. 26 No.5. Lembaga Riset Perkebunan Indonesia. Bogor. Anonymous. 2014. Dielectric materials. University of Cambridge. United Kingdom. Dilihat pada 11 Desember 2014.
Castro-Giráldez, M., C. Chenoll, P. J. Fito, F. Toldrá, and P. Fito. 2010. Physical sensors for quality control during processing. In Toldra. F. 2010. Handbook of meat processing. WileyBlackell. A John Wiley & Sons, Inc. Effendy. 2006. Seri Buku Ikatan Kimia dan Kimia Anorganik Teori VSEPR Kepolaran dan Gaya Antar Molekul. Banyumedia Publishing. Malang. Giancoli, D. C. 2001. Fisika Jilid 2 Edisi Kelima. Erlangga. Jakarta. Indrawanto, Chandra. 2010. Budidaya dan Pasca Panen Tebu. Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan. ESKA Media. Jakarta. Indriyani, Y. H. dan E. Sumiarsih. 1992. Pembudidayaan Tebu di Lahan Sawah dan Tegalan. Penebar Swadaya. Jakarta. Kudra, T, Raghavan G S V, Akyel C, Bosisio R, Van de Voort F R. 1992. Electromagnetic Properties of Milk and its Constituents at 2-45 MHz. International Microwave Powr institute Journal, 27(4), 199-204. Martinsen, O.G., Grimmnes S., and Mirtaheri P. 2000. Non-Invasive Measurements Of Post-Morten Changes In Dielectric Properties Of Haddock Muscle- A Pilot Study. Journal of Food Engineering, Science Direct, 43(3):189-192. Martinsen, O.G dan Sverre, C. 2008. Bioimpedance and Bioelectricity Basics Second Edition. Academic press Elsevier. London.
Nelson, S.O. and L.E. Stetson. 1975. 250-Hz to 12-GHz Dielectric Properties of Grain and Seed. Trans. ASAE 18(4): 714-715, 718. Robby, M. H. 2013. Kajian Karakteristik Biolistrik Kulit Ikan Lele (Clarias batrachus) dengan Metode Dielektrik Frekuensi Rendah. Skripsi. Universitas Brawijaya. Malang. Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains Dan Teknik Jilid 2 Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta. Sucipto, dkk. 2013. Pengukuran Sifat Listrik Sebagai Basis Deteksi Cemaran Lemak Cabi (Studi Evaluasi Alat, Persiapan Sample, dan Seleksi Frekuensi). Publikasi Ilmiah Annual Meeting on Testing and Quality (AMTeQ). LIPI. Jakarta. Zuhal dan Zhanggischan. 2004. Prinsip Dasar Elektroteknik. PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Hal. 53-54.
