METODOLOGI PENELITIAN

III.

METODOLOGI PENELITIAN

A. WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN Penelitian dilakukan pada bulan Juli 2011 hingga Agustus 2011 di Laboratorium Energi dan Listrik Pertanian serta Laboratorium Pindah Panas dan Massa, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

B. RANCANGAN PENELITIAN Perlakuan yang digunakan dalam penelitian terdiri dari: Perlakuan 1: E0 = tanpa menggunakan kitosan (chitosan) E1 = menggunakan kitosan (chitosan) sebagai pelapis (edible coating) Perlakuan 2: T1 = suhu larutan osmotik 30 oC T2 = suhu larutan osmotik 50 oC Perlakuan 3: C1 = konsentrasi larutan osmotik 42 oBrix C2 = konsentrasi larutan osmotik 54 oBrix C3 = konsentrasi larutan osmotik 66 oBrix Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dengan 3 perlakuan dengan masing-masing 2 dan 3 taraf perlakuan. Jadi, dari ketiga jenis perlakuan yang berbeda akan diperoleh 12 kombinasi perlakuan yang dapat dilihat pada Tabel 5. Sedangkan diagram alir rancangan penelitian terdapat pada Gambar 4. Tabel 5. Jenis dan kombinasi perlakuan Perlakuan Pemberian Coating

Non-coating

Suhu Larutan

Konsentrasi Larutan

30 oC

42 oBrix

E0T1C2

o

E0T1C3

o

42 Brix

E0T2C1

54 oBrix

E0T2C2

66 Brix 50 C

o

E0T2C3

o

42 Brix

E1T1C1

54 oBrix

E1T1C2

66 Brix Coating

o

30 C

o

E1T1C3

o

E1T2C1

o

E1T2C2

o

E1T2C3

66 Brix o

50 C

E0T1C1

o

54 Brix o

Notasi Perlakuan

42 Brix 54 Brix 66 Brix

11

Mulai

Penentuan sampel: 1. Mangga varietas arumanis 2. Memiliki kadar air dan kadar TPT yang mendekati sama Persiapan alat dan bahan penelitian

Penentuan 24 potongan mangga (ukuran 3cm x 4cm x 0.8cm) sebagai sampel

Pembuatan larutan bahan tambahan pangan (BTP) yaitu asam askorbat 1% dan asam sitrat 0.2%

Pengukuran awal sampel: 1. Berat awal 2. Volume awal 3. Kadar air awal 4. Kadar TPT awal

Pembuatan larutan gula

Pencelupan sampel ke dalam larutan BTP

Tanpa edible coating

Penggunaan kitosan 1.5% sebagai edible coating

Penentuan suhu dan konsentrasi larutan

30 oC, 42 oBrix

50 oC 42 oBrix

30 oC 54 oBrix

50 oC 54 oBrix

30 oC 66 oBrix

50 oC 66 oBrix

Pengukuran setelah perlakuan: 1. Berat akhir sampel 2. Volume akhir sampel 3. Kadar air akhir sampel Perhitungan WL dan SG berdasarkan pengukuran

Pemodelan WL dan SG dengan model Azuara

Perlakuan dengan nilai PR terbesar

Selesai

Gambar 4. Diagram alir rancangan penelitian

12

C. BAHAN DAN ALAT 1.

Bahan

Bahan utama sebagai sampel dalam penelitian adalah buah mangga yang telah dipotong dengan ukuran panjang 3 cm, lebar 4 cm dan tebal 0.8 cm. Buah mangga yang digunakan jenisnya sama untuk setiap perlakuan, yaitu buah mangga arumanis yang diupayakan mempunyai umur panen yang sama. Dalam penelitian ini, indikator yang digunakan adalah kadar air awal dan kadar TPT dari buah mangga mendekati sama. Bahan tambahan lainnya yaitu larutan osmotik berupa campuran antara gula dan aquades; larutan asam askorbat 1% b/v dan asam sitrat 0.2% b/v; dan kitosan 1.5% b/v sebagai edible coating. Larutan kitosan diperoleh dari laboratorium biotek, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB. Cara pembuatannya yaitu kitosan sebanyak 15 gram dilarutkan dengan 1 liter larutan asam asetat 2%.

2.

Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian di antaranya:

a.

Osmotic Dehydrator Berupa panci terbuat dari baja tahan karat (stainless steel) yang dirangkai dengan elemen pemanas (heater), termostat, pengaduk (stirer), dan saringan sampel. Heater yang digunakan sebanyak 2 unit dengan daya masing-masing sebesar 1000 Watt. Termostat berfungsi mengontrol suhu larutan osmotik agar konstan selama pengukuran. Stirer digunakan untuk menggerakkan/mengaduk larutan osmotik agar panas yang diterima dapat merata ke semua sisi wadah. Stirer digerakkan oleh motor DC dengan kecepatan putar 125 RPM. Saringan sampel terbuat dari stainless steel. Saringan digunakan sebagai wadah potongan buah mangga agar mudah dalam pengambilan potongan buah mangga yang akan ditimbang. Foto dan keterangan alat dapat dilihat pada Gambar 4. b. Drying oven, cawan, tray, dan penjepit cawan c. Refraktometer d. Timbangan digital e. Desikator f. Gelas ukur g. Pipet tetes h. Pinset i. Pisau j. Mortar k. Stopwatch l. Kertas saring/tissue m. Mistar dan jangka sorong

13

Pompa stirer Batang stirer Insulator

Tombol “on-off” heater

Tombol pengatur suhu pada termostat

Penyangga panci pemanas

(a)

(b) Gambar 5. (a) Komponen-komponen pada osmotic dehydrator, (b) Bagian dalam osmotic dehydrator

D. METODE PENELITIAN 1.

Pembuatan Larutan Osmotik

Larutan osmotik yang digunakan adalah campuran dari gula dan aquades. Konsentrasi larutan osmotik yang digunakan pada penelitian terdiri dari larutan gula 42 oBrix, 54 oBrix, dan 66 oBrix. Misalnya dalam pembuatan larutan gula 42 oBrix, gula putih dilarutkan dengan sejumlah aquades. Kemudian diukur kadar TPT (total padatan terlarut) dengan menggunakan refraktometer. Jika angka menunjukkan < 42 oBrix maka ditambahkan gula ke dalam larutan, dan sebaliknya ditambahkan aquades jika angka menunjukkan > 42 oBrix. Begitu pula dalam pembuatan larutan gula 54 oBrix dan 66 oBrix menggunakan prosedur yang sama, akan tetapi dengan angka oBrix yang berbeda.

14

2.

a. b. c. d.

e. f. g.

h. i.

j. k.

Prosedur Penelitian Pengeringan Osmotik Langkah kerja dalam pengeringan osmotik adalah sebagai berikut: Mangga dicuci, dibersihkan, dikupas kulitnya, dan dipotong dengan ukuran panjang x lebar x tebal yaitu 3 cm x 4 cm x 0.8 cm. Semua potongan mangga ditimbang untuk mengetahui berat awal keseluruhan. Semua potongan mangga dicelupkan ke dalam larutan asam askorbat 1% b/v dan asam sitrat 0.2% b/v selama 60 detik. Dari semua potongan mangga diambil secara acak 24 potongan mangga sebagai sampel pengukuran berat sampel, kadar air, dan volume sampel untuk tiap waktu pengukuran. Waktu pengukuran terdiri dari pengukuran pada menit ke-0, 30, 60, 90, 120, 180, 240, dan 300. Masingmasing waktu pengukuran terdapat tiga sampel yang diukur. Masing-masing sampel (24 potongan mangga) ditimbang berat awalnya dan diukur volume awalnya. Untuk sampel dengan perlakuan menggunakan edible coating, sampel dicelupkan ke dalam larutan kitosan 1.5% b/v selama 30 detik, kemudian diangin-anginkan. Untuk mengetahui kadar air dan kadar TPT awal mangga (sebelum pengeringan osmotik) dilakukan pegukuran pada ketiga sampel untuk menit ke-0. Masing-masing sampel dipotong menjadi dua bagian, yaitu satu bagian untuk pengukuran kadar air dan satu bagian lagi untuk pengukuran kadar TPT. Sampel yang lain dimasukkan ke dalam saringan. Larutan osmotik dimasukkan ke dalam panci heater. Perbandingan berat sampel dengan larutan osmotik yaitu 1 : 15. Selanjutnya heater dinyalakan dan tombol pada termostat diatur sesuai suhu yang akan digunakan. Saringan yang berisi sampel dimasukkan ke dalam panci heater hingga seluruh sampel terendam dalam larutan gula. Kemudian panci ditutup dan stirer dinyalakan pada kecepatan putar 125 rpm. Pengeringan osmotik dilakukan selama 5 jam. Diambil masing-masing 3 sampel untuk dilakukan pengukuran berat sampel, kadar air dan volume sampel tiap 30 menit untuk 2 jam pertama dan tiap 60 menit untuk 3 jam berikutnya. Setiap sebelum dilakukan pengukuran, sampel harus dikeringkan dengan cara dilap dengan menggunakan kertas saring.

E. PENGAMATAN 1.

Kadar Air (Metode Oven)

Pengukuran kadar air sampel (potongan buah mangga) dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan metode oven. Langkah awal dalam pengukuran kadar air sampel dengan mengeringkan cawan kosong di dalam oven bersuhu 105 oC selama 15 menit kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Sampel yang telah dipotong-potong sejumlah a gram dimasukkan ke dalam cawan tersebut dan sampel dikeringkan di dalam oven bersuhu 100 oC. Setelah 6 jam sampel tersebut dikeluarkan dari dalam oven dan dimasukkan ke dalam desikator untuk didinginkan. Beberapa saat kemudian sampel dikeluarkan dari desikator dan ditimbang. Perbedaan berat sampel sebelum dan sesudah pengeringan dihitung sebagai persen kadar air.

15

݉=

௔ି௕ ௔

‫ ݔ‬100% .................................................................... (1)

Dimana: m = kadar air sampel dalam basis basah (%b.b.) a = berat sampel sebelum dikeringkan (gram) b = berat sampel setelah dikeringkan (gram)

2.

Total Padatan Terlarut (TPT)

Kadar TPT larutan osmotik dan sampel diukur dengan menggunakan hand refractometer yang berskala 0~32 oBrix. Brix merupakan jumlah zat padat semu yang larut (dalam gram) setiap 100 gram larutan. Refraktometer dikalibrasi dengan cara meneteskan aquades pada lensa refraktometer hingga menunjukkan angka 0 oBrix. Untuk pengukuran kadar TPT larutan osmotik dapat dilakukan dengan meneteskan larutan ke lensa refraktometer. Sedangkan pengukuran kadar TPT sampel dilakukan dengan mengekstrak sampel terlebih dahulu dengan menggunakan mortar. Setelah itu, ekstrak dari sampel diletakkan di atas lensa refraktometer. Refraktometer dibidik untuk membaca angka pengukuran kadar TPT.

3.

Volume Sampel (cm3)

Gelas ukur diisi dengan larutan gula sesuai dengan kadar brix dari sampel setinggi ho. Kemudian sampel dimasukkan ke dalam gelas ukur tersebut hingga semua bagian dari sampel tercelup ke dalam larutan dan tinggi muka larutan menjadi h1 ml. Selisih tinggi muka larutan setelah dan sebelum sampel dimasukkan merupakan volume dari sampel tersebut (dapat dilihat pada Persamaan 2). ܸ‫ ݁݉ݑ݈݋‬ሺܸሻ = ℎଵ − ℎ଴ ............................................................. (2) Dimana: V = volume sampel (cm3) h0 = tinggi muka larutan sebelum sampel dimasukkan h1 = tinggi muka larutan setelah sampel dimasukkan Penyusutan volume sampel (∆V) dihitung dengan menggunakan Persamaan 3. ௩

߂ܸ ሺ% ሻ = − ቀ ௩

௏೟ ି ௏బ ௏బ

ቁ ‫ ݔ‬100% ................................................ (3)

Dimana: Vt = volume sampel pada waktu t (cm3) V0 = volume sampel pada waktu ke-0 menit (cm3) Tanda (-) menunjukkan adanya pengurangan volume sampel.

4.

Water Loss (WL) dan Solid Gain (SG)

Water Loss menunjukkan banyaknya air yang keluar dari sampel selama proses pengeringan osmotik. Sedangkan Solid Gain menunjukkan banyaknya padatan terlarut yang masuk ke dalam sampel. WL dan SG dinyatakan dalam gram sampel per gram sampel awal. Menurut Souza et al. (2007), untuk mengetahui besarnya WL dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4, sedangkan untuk mengetahui SG dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 5.

16

ܹ‫ܮ‬௧ = ቀ݉଴ − ݉௧

௪೟

௪బ

ቁ .............................................................. (4)

௪೟ ሺଵ଴଴ି௠೟ ሻ ି ௪బ ሺଵ଴଴ି ௠బ ሻ

ܵ‫ܩ‬௧ =

௪బ

................................................. (5)

Dimana: w଴ = berat sampel pada waktu ke-0 menit (gram) w୲ = berat sampel pada waktu t (gram) m଴ = Kadar air sampel pada waktu ke-0 menit (%b.b.) m୲ = Kadar air sampel pada waktu t (%b.b.)

5.

Rasio Kinerja/Performance Ratio (PR)

Rasio kinerja (performance ratio = PR) dari proses pengeringan osmotik dapat dihitung dengan membandingkan jumlah air yang keluar dari sampel terhadap padatan terlarut yang masuk ke sampel (Persamaan 6). ௐ௅

ܴܲ =

6.

ௌீ

......................................................................,............. (6)

Pemodelan dalam Pengeringan Osmotik

Peleg (1988) mengusulkan model empiris untuk menggambarkan kinetika penyerapan air selama rehidrasi, yaitu: ‫ܯ = ܯ‬௜ ±

௧

௄భ ା ௄మ ௧

...................................................................... (7)

Dimana M adalah kadar air pada waktu t (%b.k.), Mi adalah kadar air awal (%b.k.), K1 adalah parameter kinetik dan K2 adalah parameter lain yang terkait dengan kadar air keseimbangan (Meq). Ketika t → ∞, kadar air keseimbangan dapat dihitung dengan: ‫ܯ‬௘௤ = ‫ܯ‬௜ ±

ଵ

௄మ

.......................................................................... (8)

Persamaan 7 dapat dilinierkan menjadi: ௧

ெି ெ೔

= ‫ܭ‬ଵ + ‫ܭ‬ଶ ‫ ݐ‬..................................................................... (9)

Azuara et al. (1992) menghitung Water Loss dan Solid Gain selama pengeringan osmotik melalui persamaan dengan dua parameter yang diperoleh dari kesetimbangan massa. ܹ‫ܮ‬௧ = ܵ‫ܩ‬௧ =

ௌభ .௧ ሺௐ௅ಮ ሻ ଵା ௌభ ௧

ௌమ .௧ ሺௌீಮ ሻ ଵା ௌమ ௧

=

=

ሺௐ௅ಮ ሻ ௧ భ ା௧ ೄభ

ሺௌீಮ ሻ ௧ భ ା௧ ೄమ

..................................................... (10)

........................................................ (11)

Jika dilinierkan maka persamaan menjadi:

17

௧

ௐ௅ ௧

ௌீ

Dimana: S1 S2 WL∞ SG∞

= =

ଵ

ௌభ . ௐ௅ಮ ଵ

ௌమ . ௌீಮ

+ +

௧

ௐ௅ಮ ௧

ௌீಮ

.............................................................. (12)

.................................................................. (13)

= konstanta yang berkaitan dengan water loss = konstanta yang berkaitan dengan solid gain = water loss pada saat kesetimbangan = solid gain pada saat kesetimbangan

18