PENGGUNAAN SILIKA GEL DAN KALIUM PERMANGANAT SEBAGAI BAHAN PENYERAP ETILEN
ARFANDI KURNIAWAN
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK ARFANDI KURNIAWAN. Penggunaan Silika Gel yang Mengandung Kalium Permanganat sebagai Bahan Penyerap Etilen. Dibimbing oleh LILIK PUJANTORO. Gas etilen dapat mempercepat pematangan buah sehingga perlu dikurangi untuk memperpanjang masa simpan. Cara yang banyak digunakan yaitu dengan kalium permanganat (KMnO4) yang mengoksidasi etilen menjadi mangan dioksida, kalium hidroksida, dan karbon dioksida. Kalium permanganat dibentuk menjadi larutan dan dibutuhkan sebuah media penyerap dalam penggunaannya. Silika gel dapat menyerap larutan KMnO4 dalam jumlah yang banyak. Semakin banyak silika gel menyerap larutan KMnO4, diharapkan etilen yang dapat dihilangkan akan semakin banyak. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis pengaruh konsentrasi larutan KMnO4 terhadap penyerapan etilen dan untuk menganalisis pengaruh perlakuan suhu penyimpanan terhadap penyerapan etilen. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Lingkungan Bangunan Pertanian (LBP), Departemen Teknik Pertanian, Fateta, IPB dan Pusat Penelitian dan Pengembangan (Puslitbang) Pascapanen di Cimanggu, Bogor, selama tiga bulan yaitu bulan Maret - Mei 2007. Dalam penelitian ini dilakukan 2 perlakuan, yaitu berdasarkan konsentrasi larutan KMnO4 dan suhu lingkungan. Silika gel direndam dalam tiga jenis konsentrasi yang berbeda, yaitu 0,1%, 0,05%, dan 0,025%, dan disimpan selama 180 menit dalam tiga suhu lingkungan berbeda yaitu suhu ruang, 15 0C, dan 5 0C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bahan penyerap etilen silika gel menyerap etilen dengan efektif yaitu berkisar antara 15,51-18,30 ppm. Penyerapan terbanyak pada suhu ruang terjadi pada konsentrasi KMnO4 0,025% yaitu sebesar 18,30 ppm, penyerapan terbanyak pada suhu 15 0C terjadi pada konsentrasi KMnO4 0,05% yaitu sebesar 16,96 ppm, dan penyerapan terbanyak pada suhu 5 0C terjadi pada konsentrasi KMnO4 0,1% yaitu sebesar 16,74 ppm. Hasil pengujian dan analisis ragam berdasarkan konsentrasi larutan KMnO4 pada kisaran 0,025-0,1 % menunjukkan tidak berbeda nyata antarsampel karena sebagian silika gel pecah ketika direndam hingga menyebabkan luas permukaan menjadi semakin besar dan meningkatkan besarnya penyerapan etilen. Penyebab lain adalah perbedaan perlakuan konsentrasi larutan KMnO4 yang tidak terlalu besar yaitu hanya berkisar antara 0,025-0,1 %. Penyerapan terbanyak pada konsentrasi larutan KMnO4 0,1% terjadi pada suhu ruang yaitu sebesar 18,01 ppm, penyerapan terbanyak pada konsentrasi larutan KMnO4 0,05% terjadi pada suhu ruang yaitu sebesar 17,54 ppm, dan penyerapan terbanyak pada konsentrasi larutan KMnO4 0,025% terjadi pada suhu ruang yaitu sebesar 18,30 ppm. Pada kisaran suhu 5 0C – suhu ruang, semakin tinggi suhu penyimpanan, jumlah etilen yang tersisa akan semakin sedikit, karena laju penyerapan etilen akan semakin cepat. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa silika gel yang mengandung larutan KMnO4 dapat digunakan sebagai bahan penyerap etilen. Dalam kisaran 0,025-0,1 %, perbedaan konsentrasi larutan KMnO4 tidak menunjukkan pengaruh yang nyata terhadap besarnya penyerapan etilen, sedangkan pada kisaran suhu 5 0 C – suhu ruang, semakin tinggi suhu penyimpanan maka tingkat penyerapan etilen akan semakin besar pula.
PENGGUNAAN SILIKA GEL DAN KALIUM PERMANGANAT SEBAGAI BAHAN PENYERAP ETILEN
ARFANDI KURNIAWAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Pertanian
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR PENGGUNAAN SILIKA GEL DAN KALIUM PERMANGANAT SEBAGAI BAHAN PENYERAP ETILEN
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : ARFANDI KURNIAWAN F14102080
Dilahirkan pada tanggal 5 Juli 1984 Di Bogor Tanggal Lulus :
Januari 2008
Bogor, Januari 2008 Menyetujui,
Dr. Ir. Lilik Pujantoro E.N., M.Agr Dosen Pembimbing
Mengetahui,
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat, rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini, yang berjudul Penggunaan Silika Gel yang Mengandung Kalium Permanganat sebagai Bahan Penyerap Etilen. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Lilik Pujantoro selaku pembimbing, serta Bapak Dr. Ir. Suroso, M.Agr dan Bapak Chusnul Arif, STP selaku dosen penguji. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ir. Lalu Sukarno dan Bapak Yudi dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Pascapanen, Bapak Ahmad dari Laboratorium Lingkungan dan Pertanian IPB, serta Mba Andi Nur Faidah, atas segala bantuannya selama pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan seluruh keluarga dan teman-teman penulis atas dorongan semangatnya selama penulis mengerjakan karya ilmiah ini. Penulis berharap, dengan segala keterbatasan kemampuan dalam menyusun skripsi ini, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat sebagaimana mestinya.
Bogor, Januari 2008
Arfandi Kurniawan
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 5 Juli 1984, sebagai anak ketiga dari pasangan Siswanto dan Tuti Kurniawati. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Pengadilan II Bogor pada tahun 1996. Kemudian pada tahun 1999 penulis lulus dari SMP Negeri 5 Bogor dan menamatkan pendidikan dari SMU Negeri 1 Bogor pada tahun 2002. Pada tahun 2002 penulis diterima melalui jalur SPMB di Institut Pertanian Bogor, sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama kuliah penulis aktif di salah satu organisasi kemahasiswaan di luar kampus dan kepanitiaan. Pada tahun 2004/2005 penulis aktif sebagai Anggota Divisi Olahraga Himpunan Pelajar dan Mahasiswa Bogor (HPMB). Selanjutnya pada tahun 2005/2006 penulis dipercaya menjadi Ketua Divisi Hubungan Masyarakat (Humas) Himpunan Pelajar dan Mahasiswa Bogor (HPMB). Pada tahun 2007, penulis ditunjuk menjadi anggota seksi kesekretariatan dalam kepanitiaan Seminar Sehari berjudul Kesehatan Reproduksi, Gizi Dan Pola Hidup Sehat Keluarga yang diadakan oleh Dinas Kesehatan Kota Bogor yang diadakan di Ruang Rapat I Gedung Balaikota Bogor tanggal 11 Agustus 2007. Pada tahun 2005, penulis melaksanakan praktek lapang di PT. Saung Mirwan di Ciawi, Bogor dengan judul praktek lapang “Penanganan Pascapanen Buah Paprika dan Bunga Chrysant Potong di PT. Saung Mirwan, Bogor”.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ··············································································· vi DAFTAR GAMBAR ··········································································· vii DAFTAR LAMPIRAN ········································································ viii I.
PENDAHULUAN ········································································· A. Latar Belakang ········································································ B. Tujuan ·····················································································
1 1 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ································································ A. Etilen ······················································································ B. Bahan Penyerap Etilen ··························································· C. Silika Gel ···············································································
3 3 5 8
III. METODOLOGI PENELITIAN ····················································· A. Tempat dan Waktu ································································· B. Bahan dan Alat ······································································· 1. Bahan ··············································································· 2. Alat ·················································································· C. Perlakuan Percobaan ······························································ 1. Pembuatan Bahan Penyerap Etilen ··································· 2. Pengujian Bahan Penyerap Etilen Menggunakan Kromatografi Gas ····························································· D. Rancangan Percobaan ····························································
10 10 10 10 10 10 11 11 15
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ······················································ 16 A. Pembuatan Bahan Penyerap Etilen ········································· 16 B. Pengujian Bahan Penyerap Etilen Menggunakan Kromatografi Gas ··········································· 17 V. KESIMPULAN DAN SARAN ······················································ 29 A. Kesimpulan ············································································ 29 B. Saran ······················································································ 29 DAFTAR PUSTAKA ·········································································· 30 LAMPIRAN ······················································································· 31
DAFTAR TABEL Halaman 1 Macam-macam hasil tanaman dengan konsentrasi etilen pada stadium pertumbuhan/ perkembangan yang berbeda (Rhodes 1970, diacu dalam Sholihati 2004) ········································································
4
2 Jumlah etilen pada buah pisang, alpukat, dan mangga selama fase praklimakterik dan puncak klimakterik (McGlasson 1970, diacu dalam Sholihati 2004) ·········································································
4
3 Beberapa bahan penyerap etilen komersial (Ahvenainen 2003) ··········
7
4 Bagan perlakuan sampel ·····································································
15
5 Nilai rata-rata konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit ···································································································· 19
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur kimia silika gel ·································································
9
2
Bentuk silika gel ············································································
9
3
Bagan alir pembuatan bahan penyerap etilen ·································
12
4
Bagan alir pengukuran konsentrasi gas etilen ································
14
5
Bahan penyerap etilen silika gel yang siap digunakan ···················
17
6
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit ···················
20
Nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml pada berbagai perlakuan setelah penyimpanan selama 180 menit ···········
21
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu ruang ··················
22
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu 15 0C ··················
22
10 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu 5 0C ····················
23
11 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,1% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan ···················································································
25
12 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,05% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan ···················································································
25
13 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,025% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan ··········································································
26
7
8
9
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Data pengukuran konsentrasi etilen dalam toples 250 ml menggunakan kromatografi gas ······················································
32
2
Perhitungan Molaritas larutan KMnO4 ············································
35
3
Hasil analisis ragam terhadap nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml selama 180 menit dengan taraf nyata 0,5 ·························································································
36
Hasil Uji Lanjut Duncan terhadap konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml selama 180 menit dengan taraf nyata 0,5 ·························································································
37
5 Gambar toples yang digunakan untuk pengujian bahan penyerap etilen silika gel menggunakan kromatografi gas ·····························
38
4
I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Cara-cara baru dalam penanganan pascapanen produk-produk hortikultura seperti sayuran, buah, dan bunga telah banyak dikembangkan untuk memperlambat laju pematangan produk tersebut, diantaranya dengan pengemasan, pendinginan, hot water treatment, dan lain-lain. Namun pada hakikatnya, semua cara tersebut memiliki tujuan yang sama, yaitu untuk mempertahankan
kesegaran
dan
kualitas
produk
sehingga
dapat
memperpanjang masa simpan atau shelf-life dari produk tersebut. Gas etilen banyak berhubungan dengan proses menjadi masak dan menjadi tuanya hasil tanaman. Gas etilen dapat memacu proses respirasi pada buah dan dapat mempercepat proses pematangan buah, sehingga untuk dapat memperpanjang masa simpan buah tersebut, gas etilen di lingkungan sekitarnya perlu dikurangi. Salah satu cara yang banyak digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan gas etilen yaitu dengan menggunakan bahan penyerap etilen. Cara yang paling banyak digunakan sebagai bahan untuk menyerap etilen yaitu
dengan
menggunakan
kalium
permanganat
(KMnO4).
Kalium
permanganat (KMnO4) dapat mengoksidasi etilen menjadi mangan dioksida (MnO2), kalium hidroksida (KOH), dan karbon dioksida (CO2) sehingga dapat mengurangi
jumlah
etilen.
Dengan
menempatkan
sejumlah
kalium
permanganat di sekitar buah, proses pematangan buah dapat diperlambat sehingga umur simpannya menjadi lebih panjang. Kalium permanganat harus dibentuk menjadi larutan supaya penggunaannya bisa lebih efektif, dan diserap oleh sebuah media penyerap yang memiliki permukaan yang luas supaya penyerapan kalium permanganat ke dalam bahan penyerap lebih optimal. Beberapa contoh media penyerap yang telah banyak digunakan yaitu vermikulit dan arang aktif. Salah satu bahan yang juga dapat digunakan sebagai media penyerap adalah silika gel. Silika gel adalah bentuk lain dari silikon dioksida yang dibuat secara sintetis ke dalam bentuk butiran. Strukturnya yang berongga besar
menyebabkan silika gel memiliki permukaan yang sangat luas sehingga dapat menyerap air dan gas dengan mudah. Berdasarkan sifat tersebut, silika gel diharapkan dapat menyerap larutan KMnO4 dalam jumlah yang banyak, yang selanjutnya akan digunakan untuk mengoksidasi etilen. Dengan semakin banyak larutan KMnO4 yang diserap oleh silika gel, diharapkan etilen yang dapat dihilangkan akan semakin banyak.
B. TUJUAN Tujuan umum penelitian ini adalah menganalisis penggunaan silika gel yang mengandung larutan kalium permanganat (KMnO4) sebagai bahan penyerap etilen. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini adalah : 1. Menganalisis
pengaruh
konsentrasi
larutan
KMnO4
terhadap
penyerapan etilen. 2. Menganalisis pengaruh perlakuan suhu penyimpanan terhadap penyerapan etilen.
II. TINJAUAN PUSTAKA A. ETILEN Menurut Winarno dan Aman (1979), etilen adalah suatu senyawa hidrokarbon tidak jenuh yang pada suhu kamar berbentuk gas, yang dalam kehidupan tanaman dapat digolongkan sebagai hormon yang aktif dalam proses pematangan. Etilen disebut hormon karena dapat memenuhi persyaratan sebagai hormon, yaitu dihasilkan oleh tanaman, bersifat mobil dalam jaringan tanaman, dan merupakan senyawa organik. Etilen tidak hanya berperan dalam proses pematangan saja, tapi juga berperan dalam mengatur pertumbuhan tanaman. Menurut Ahvenainen (2003), etilen telah lama dikenal sebagai hormon yang dapat mempercepat proses pematangan pada buah dan sayuran. Hormon yang memiliki rumus kimia C2H4 ini berpengaruh terhadap proses respirasi buah dan sayuran. Laju respirasi berhubungan erat dengan daya tahan produk. Laju respirasi yang lambat akan memperpanjang masa simpan produk. Menurut Kartasapoetra (1994), etilen adalah suatu senyawa kimia yang mudah menguap, yang dihasilkan selama proses masaknya hasil tanaman (terutama buah dan sayuran). Produksi etilen erat hubungannya dengan laju respirasi. Etilen memacu buah dan sayuran untuk menyerap oksigen lebih banyak dalam proses respirasi sehingga mempercepat proses pematangan. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya etilen, maka buah semakin cepat matang dan tua, yang ditandai dengan adanya perubahan warna, rasa, dan aroma. Etilen terbentuk dalam buah yang sedang mengalami pematangan (Gane 1934, diacu dalam Kartasapoetra 1994). Produksi etilen pada buah klimakterik bertujuan untuk memajukan tahapan aktivitas respirasi (makin tinggi produksi etilen makin meningkat pula berlangsungnya aktivitas respirasi dan penyerapan oksigen pun bertambah banyak) yang selanjutnya akan mempercepat proses pematangan buah. Selama pemasakan, berbagai buahbuahan mengandung etilen dalam jumlah yang berbeda pula. Dalam Tabel 1 disajikan informasi mengenai kandungan etilen pada berbagai macam hasil
tanaman. Jumlah etilen pada buah pisang, alpukat, dan mangga selama fase praklimakterik dan puncak klimakterik dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1 Macam-macam hasil tanaman dengan konsentrasi etilen pada stadium pertumbuhan /perkembangan yang berbeda (Rhodes 1970, diacu dalam Sholihati 2004) Macam Hasil Tanaman
Kandungan Etilen (ppm)
Buah apel
0,2
– 1000
Buah alpukat
0,5
– 500
Buah pisang
0,2
– 50
Buah lemon (jeruk lemon)
0,11 – 0,17
Buah mangga
0,04 – 3,0
Buah jeruk
0,13 – 0,32
Buah persik
0,9
– 21
Buah per
0,1
– 300
Buah nenas
0,16 – 0,40
Buah prem
0,14 – 0,23
Buah labu
0,04 – 2,1
Tabel 2 Jumlah etilen pada buah pisang, alpukat, dan mangga selama fase praklimakterik dan puncak klimakterik (McGlasson 1970, diacu dalam Sholihati 2004) Jenis Buah Pisang Alpukat Mangga
Konsentrasi Etilen (ppm) Praklimakterik Puncak Klimakterik 1,0 – 1,5 25 – 40 0,5 – 1,0 300 – 700 0,04 – 0,08 3
Selain dapat memulai proses klimakterik, etilen juga dapat mempercepat terjadinya klimakterik (Winarno dan Aman 1979). Buah alpukat yang disimpan dalam kondisi udara normal, akan matang dalam 11 hari. Apabila buah yang sama disimpan dalam udara dengan kandungan etilen sebesar 10 ppm selama 24 jam, maka buah tersebut sudah matang pada hari keenam.
Etilen bersifat autokatalitik, yaitu etilen akan mempercepat respirasi dan sekaligus pembentukan etilen didorong oleh respirasi yang giat. Tetapi perbandingan respirasi dan produksi etilen tidak tetap, karena semakin matang buah maka produksi etilen semakin menurun (Pantastico 1986). Produksi etilen juga dipengaruhi oleh suhu. Aktivitas dan produksi etilen dalam proses pematangan buah akan menurun seiring dengan turunnya suhu. Dalam penyimpanan buah apel pada suhu 3 0C, penggunaan etilen dengan konsentrasi tinggi tidak memberikan pengaruh yang jelas, baik dalam proses pematangannya maupun dalam respirasinya. Pada suhu di atas 35 0C, buah tidak akan membentuk etilen. Pembentukan etilen juga dapat dirangsang oleh kerusakan-kerusakan mekanis dan infeksi seperti luka pada kulit buah, sehingga kerusakan mekanis pada buah dapat mempercepat pematangan (Winarno dan Aman 1979). Selanjutnya menurut Winarno dan Aman, selain berperan dalam pematangan buah, etilen juga mempunyai pengaruh pada sistem tanaman lainnya. Pada sistem cabang, etilen dapat menyebabkan terjadinya pengerutan, menghambat kecepatan pertumbuhan, mempercepat penguningan pada daun, dan menyebabkan kelayuan. Pada sistem akar, etilen dapat menyebabkan akar menjadi
terpilin
(terputar),
menghambat
kecepatan
pertumbuhan,
memperbanyak tumbuhnya rambut-rambut akar, dan dapat menyebabkan kelayuan. Pada sistem bunga, etilen dapat mempercepat proses pemekaran kuncup, akan tetapi kuncup yang telah mekar itu akan cepat menjadi layu, misalnya pada bunga mawar. Pada bunga anggrek, etilen menyebabkan warna bunga menjadi pucat, sedangkan pada bunga anyelir etilen dapat menyebabkan tidak mekarnya kuncup bunga.
B. BAHAN PENYERAP ETILEN Penelitian-penelitian mengenai penyimpanan bertujuan untuk mencapai umur simpan semaksimal mungkin. Pengoperasian penyimpanan secara komersial biasanya cenderung hanya memperhatikan pengaturan suhu, O2, dan CO2 dalam atmosfer. Adanya etilen pun perlu mendapat perhatian khusus (Pantastico 1986).
Etilen bertindak sebagai hormon tanaman yang memiliki efek fisiologi yang berbeda-beda pada setiap buah dan sayuran segar. Etilen mempercepat respirasi yang mengarah pada pematangan dan penuaan pada banyak jenis buah. Selain itu, akumulasi etilen bisa menyebabkan penguningan pada sayuran hijau karena merombak klorofil (Ahvenainen 2003). Untuk memperpanjang masa simpan dan menjaga penampilan dan kualitas buah dan sayuran, maka etilen harus dikeluarkan dari ruang penyimpanan atau kemasan yang tertutup rapat (Pantastico 1986). Cara yang paling umum dan efektif untuk mengurangi jumlah etilen yaitu dengan menggunakan bahan penyerap etilen. Ikatan rangkap pada etilen membuat etilen menjadi senyawa yang sangat reaktif yang dapat dipecah dengan beberapa cara. Hal ini menghasilkan beberapa kemungkinan yang dapat diaplikasikan secara komersial untuk mengurangi jumlah etilen. Beberapa bahan penyerap telah dikombinasikan dengan katalis atau bahan kimia yang dapat merombak etilen setelah diserap. Contohnya, arang aktif dicelupkan dalam bromina atau dalam 15% KBrO3 dan 0,5 M H2SO4 untuk menghilangkan aktivitas etilen (Ahvenainen 2003). Kebanyakan supplier menawarkan penyerap etilen berdasarkan pada kalium permanganat (KMnO4). Menurut Pantastico (1986), pemberian kalium permanganat merupakan suatu cara yang efektif untuk menyerap etilen. Menurut Scott et.al. (1970) diacu dalam Indrawati (2003), buah pisang dalam kantong plastik yang mengandung KMnO4 (untuk menyerap etilen) mempunyai ketegaran yang lebih besar daripada pisang yang dibungkus dalam kantong tertutup yang mengandung Ca(OH)2 (untuk menyerap CO2). Pengaruh ini lebih nyata setelah 38 hari. Diperkirakan bahwa dengan pengemasan KMnO4 bersama-sama dengan buah, umur simpan dapat bertambah hingga dua minggu. Suatu preparasi komersial zat penyerap ini yang disebut “Purafil” (KMnO4 alkalis dengan silikat) sebagai pendukung yang dihasilkan oleh Marbon Chemical Company, ternyata dapat menyerap seluruh etilen yang dikeluarkan buah pisang dalam kantong plastik polietilen tertutup rapat (Liu 1970, diacu dalam Pantastico 1986). Di bawah ini disajikan
beberapa
bahan
penyerap
etilen
yang
telah
dikembangkan
dan
dikomersialisasikan yang ditunjukkan dalam Tabel 3.
Tabel 3 Beberapa bahan penyerap etilen komersial (Ahvenainen 2003) PERUSAHAAN
NAMA
TIPE
DAGANG
PRINSIP/ BAHAN AKTIF
Purafil (Georgia, AS)
Purafil
Pellet dalam sachet
Kalium permanganat
DeltaTRAK (AS)
Air Repair
Sachet untuk pengiriman
Kalium permanganat
Ethylene Control (AS)
Fridge Friend
Sachet, kotak penyimpanan
Kalium permanganat
Dennis Green Ltd. (AS)
Mrs. Green’s Extra Life
Butiran
Kalium permanganat
Grofit Plastics (Israel)
Biofresh
Kantong dan film
-
Sekisui Jushi (Jepang)
Neupalon
Sachet
Karbon aktif
Honshu Paper (Jepang)
Hatofresh System
Kantong kertas atau kotak berombak-ombak
Karbon aktif
Cho Yang Heung San Co. (Korea)
Orega Bag
Kantong untuk konsumen
Mineral
OhE Chemicals (Jepang)
Crisper SL
Film
-
Marathon Products (AS)
Ethylene Filter Products
Sachet
-
Dessicare (AS)
Ethylene EliminatorPak
Sachet
Zeolit
Etilen dapat dioksidasi oleh kalium permanganat menjadi mangandioksida, kalium hidroksida, dan karbondioksida (Ahvenainen 2003). Reaksi pemecahan etilen oleh kalium permanganat dapat dilihat dari persamaan berikut :
3CH2CH2 + 12 KMnO4 Kalium
permanganat
harus
12MnO2 + 12KOH + 6CO2 dibentuk
menjadi
larutan
supaya
penggunaannya bisa lebih efektif, dan diserap oleh sebuah media penyerap yang memiliki permukaan yang luas supaya penyerapan kalium permanganat ke dalam bahan penyerap lebih optimal. Beberapa media penyerap yang banyak digunakan yaitu selit, vermikulit, pellet alumina, karbon aktif, atau perlit. Biasanya, bahan-bahan tersebut mengandung 4-6% KMnO4. Bahan penyerap yang mengandung KMnO4 berubah warna dari ungu menjadi coklat selama penggunaannya. Perubahan warna ini mengindikasikan kapasitas penyerapan yang tersisa, karena MnO4- bereaksi menjadi MnO2 lalu menempel dan menutup permukaan bahan penyerap sehingga tidak bisa menyerap etilen lagi (Ahvenainen 2003).
C. SILIKA GEL Silika gel adalah bentuk lain dari silikon dioksida yang dibuat secara sintetis ke dalam bentuk butiran. Strukturnya yang berongga besar menyebabkan silika gel memiliki permukaan yang sangat luas, sehingga silika gel sering digunakan sebagai bahan pengering atau desikator (InfoTech 2006). Silika gel juga banyak digunakan untuk mengurangi kadar uap air di udara dalam kemasan, terutama kemasan barang elektronik. Penggunaan silika gel pada umumnya bertujuan untuk meminimalisasi resiko kerusakan produk selama transportasi atau penyimpanan yang disebabkan oleh kondensasi uap air. Dengan menyerap molekul air, silika gel akan mengurangi kelembaban relatif (RH) di dalam kemasan pada tingkat dimana tidak akan terjadi kondensasi uap air (Anonim 2006). Silika gel berwarna biru tua biasa digunakan untuk mengontrol kondisi uap air di dalam kemasan. Selama penggunaan, warnanya akan berubah menjadi biru muda kemudian menjadi merah muda. Perubahan warna ini
menunjukkan tingkat penyerapan uap air. Warna merah muda menunjukkan silika gel sudah mencapai keadaan jenuh dan perlu diganti supaya kondisi uap air dalam kemasan tetap terjaga (Anonim 2006). Silika gel yang sudah jenuh dapat dimurnikan kembali dengan cara dipanaskan sampai warnanya kembali ke warna asalnya sehingga dapat digunakan kembali (InfoTech 2006). Silika gel tidak bersifat reaktif terhadap bahan kimia, tidak beracun, dan aman digunakan untuk melindungi makanan, obat-obatan, elektronik, dan lainlain. Walaupun dalam keadaan jenuh dengan uap air, silika gel tetap kering jika diamati dengan dilihat ataupun disentuh dan bentuknya tidak berubah (InfoTech 2006). Silika gel tidak berbahaya, tidak mudah terbakar, dan tidak reaktif terhadap zat kimia (Wikipedia 2006). Struktur kimia dari silika gel dapat dilihat pada Gambar 1, dan bentuk dari silika gel dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 1 Struktur kimia silika gel.
Gambar 2 Bentuk silika gel.
III. METODOLOGI PENELITIAN A. TEMPAT DAN WAKTU Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Lingkungan Bangunan Pertanian (LBP), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor untuk pembuatan bahan penyerap etilen, dan Pusat Penelitian dan Pengembangan (Puslitbang) Pascapanen di Cimanggu, Bogor untuk pengujian bahan penyerap etilen menggunakan kromatografi gas. Penelitian dilaksanakan selama tiga bulan, yaitu bulan Maret - Mei 2007.
B. BAHAN DAN ALAT
1. BAHAN Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah silika gel, aquades, kalium permanganat (KMnO4) bubuk, dan etilen 500 ppm.
2. ALAT Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelas ukur, mangkok, sendok, saringan, tisu kering, suntikan ukuran 10 ml, toples, septum, lilin, timbangan digital, stopwatch, syringe 1 ml, kromatografi gas dan recorder.
C. PERLAKUAN PERCOBAAN Dalam penelitian ini, dilakukan dua perlakuan, yaitu berdasarkan konsentrasi larutan KMnO4 dan berdasarkan suhu penyimpanan. Larutan KMnO4 yang dibuat dibagi menjadi tiga jenis konsentrasi, yaitu 0,1%, 0,05%, dan 0,025%. Sedangkan untuk suhu penyimpanan dibagi menjadi tiga, yaitu suhu ruang, 15 0C, dan 5 0C. Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap pembuatan bahan penyerap etilen dan tahap pengujian bahan penyerap etilen menggunakan kromatografi gas.
1. PEMBUATAN BAHAN PENYERAP ETILEN Tahap ini diawali dengan membuat tiga jenis larutan KMnO4 dengan konsentrasi yang berbeda-beda, yaitu 0,1%, 0,05%, dan 0,025%, dengan cara melarutkan bubuk KMnO4 dengan jumlah yang sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan ke dalam 100 ml aquades, lalu aduk sampai rata. Sebagai contoh, untuk mendapatkan larutan dengan konsentrasi KMnO4 0,1%, maka bubuk KMnO4 yang perlu dilarutkan ke dalam 100 ml aquades adalah sebesar 100 mg. Kemudian dalam setiap larutan tersebut masing-masing dimasukkan silika gel. Silika gel tersebut direndam di dalam larutan selama 10 menit untuk memastikan larutan benar-benar diserap oleh silika gel. Setelah perendaman dilakukan selama 10 menit, maka silika gel dipisahkan dari larutan lalu dikeringkan dengan cara diletakkan di atas kertas tisu dan dibiarkan di udara terbuka hingga silika gel benar-benar kering. Proses pengeringan ini memakan waktu selama kurang lebih dua jam. Setelah kering, silika gel ditimbang sebanyak 15 g menggunakan timbangan digital dan kemudian dimasukkan ke dalam toples. Setelah semua proses selesai, maka akan diperoleh tiga jenis bahan penyerap etilen yang akan diuji efektivitasnya menggunakan kromatografi gas dengan perlakuan suhu yang berbeda. Bagan alir pembuatan bahan penyerap etilen dapat dilihat pada Gambar 3.
2. PENGUJIAN BAHAN PENYERAP ETILEN MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI GAS Pengujian menggunakan kromatografi gas dilakukan untuk mengetahui apakah bahan penyerap yang telah dibuat sebelumnya dapat menyerap etilen dengan baik atau tidak. Pengujian dengan kromatografi gas ini dilakukan dengan menggunakan detector jenis FID (Flame Ionization Detector) dan diukur dengan tiga kali ulangan. Untuk melakukan pengujian, yang harus dilakukan terlebih dahulu adalah menyiapkan wadah yang kedap udara. Dalam hal ini, digunakan toples dari kaca dengan volume 250 ml. Pada bagian tutup toples diberi
septum untuk mempermudah pengambilan sampel gas etilen namun tidak menyebabkan toples menjadi bocor.
KMnO4 bubuk
100 mg bubuk KMnO4
50 mg bubuk KMnO4
25 mg bubuk KMnO4
Dilarutkan dalam 100 ml aquades
Dilarutkan dalam 100 ml aquades
Dilarutkan dalam 100 ml aquades
Larutan KMnO4 0,1%
Larutan KMnO4 0,05%
Larutan KMnO4 0,025%
Silika gel direndam dalam larutan selama 10 menit
Silika gel direndam dalam larutan selama 10 menit
Silika gel direndam dalam larutan selama 10 menit
Silika gel disaring dan dikeringkan hingga kering
Silika gel disaring dan dikeringkan hingga kering
Silika gel disaring dan dikeringkan hingga kering
Silika gel ditimbang per 15 g
Silika gel ditimbang per 15 g
Silika gel ditimbang per 15 g
15 g bahan penyerap etilen silika gel KMnO4 0,1%
15 g bahan penyerap etilen silika gel KMnO4 0,05%
15 g bahan penyerap etilen silika gel KMnO4 0,025%
Gambar 3 Bagan alir pembuatan bahan penyerap etilen.
Bahan penyerap etilen yang telah dibuat sebelumnya dimasukkan ke dalam toples lalu toples ditutup rapat. Pada bagian antara tutup dan badan toples dan antara tutup toples dengan septum diberi lilin untuk mencegah kemungkinan gas keluar dari toples. Kemudian gas etilen dengan konsentrasi 500 ppm sebanyak 10 ml dimasukkan ke dalam toples menggunakan suntikan. Volume toples yang digunakan untuk pengujian adalah 250 ml, sehingga dapat diketahui konsentrasi etilen di dalam toples sebagai kondisi awal pengukuran, dengan perhitungan sebagai berikut (Indrawati 2003): C1 x V1 = C2 x V2 500 x 10 = C2 x 250 C2 =
500x10 = 20 ppm 250
dimana C1 : Konsentrasi etilen standar / sebelum pengenceran (ppm) V1 : Volume etilen yang dimasukkan ke dalam toples (ml) C2 : Konsentrasi etilen setelah pengenceran (ppm) V2 : Volume toples (ml) Setelah semua proses di atas selesai, maka pengujian bahan penyerap etilen dapat segera dilakukan. Pengukuran konsentrasi gas etilen di dalam toples dilakukan selama 180 menit dengan selang waktu 30 menit sekali. Pengukuran dilakukan dengan cara mengambil sampel gas di dalam toples menggunakan syringe 1 ml sebanyak 0,5 ml dan menginjeksikannya ke dalam kromatografi gas. Nilai peak konsentrasi gas etilen yang terukur akan dicatat oleh recorder. Sebelum dilakukan pengukuran, dilakukan kalibrasi dengan menggunakan etilen standar 20 ppm. Nilai konsentrasi gas etilen sampel dapat dihitung dengan cara membandingkan peaknya dengan peak gas etilen konsentrasi standar yaitu 20 ppm dengan menggunakan rumus :
Konsentrasi sampel (ppm) =
Peak sampel Peak standar
x konsentrasi standar (ppm)
Toples yang konsentrasi etilennya berkurang paling banyak setelah akhir pengukuran menunjukkan bahwa bahan penyerap di dalamnya memiliki daya serap yang paling baik terhadap etilen. Bagan alir pengukuran konsentrasi gas etilen dapat dilihat pada Gambar 4.
Bahan penyerap etilen diletakkan di dalam toples 250 ml kedap udara
Gas etilen 500 ppm dimasukkan sebanyak 10 ml ke dalam toples
Kondisi awal toples sebesar 20 ppm etilen
Sampel gas dalam toples diambil sebanyak 0,5 ml menggunakan syringe 1 ml setiap 30 menit sekali selama 180 menit
Sampel dinjeksikan ke dalam kromatografi gas
Nilai peak gas etilen dicatat oleh recorder
Pembacaan data dan perhitungan
Gambar 4 Bagan alir pengukuran konsentrasi gas etilen.
Kondisi operasi kromatografi gas pada waktu digunakan adalah suhu kolom 50 0C, suhu injektor 70 0C, dan suhu detektor 200 0C. Gas pembawa (carrier) yang digunakan adalah helium dengan laju aliran 30 ml/menit.
Kolom yang digunakan adalah unibead dengan panjang 2,44 m. Peak etilen tercatat pada menit ke 2,5 setelah penginjeksian.
D. RANCANGAN PERCOBAAN Rancangan percobaan untuk membuat bahan penyerap etilen adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan dua faktor yaitu A (Konsentrasi KMnO4) dengan tiga taraf yaitu 0,1%, 0,05%, dan 0,025%, sedangkan faktor B (suhu penyimpanan) dengan tiga taraf yaitu suhu ruang, suhu 15 0C dan 5 0
C, sehingga akan diperoleh sembilan jenis sampel. Bagan perlakuan sampel
dapat dilihat pada Tabel 4. Setiap kombinasi dilakukan satu kali ulangan dengan analisis produk dilakukan triplo. Analisis data digunakan software SPSS, yaitu digunakan uji anova untuk analisis keragaman dan digunakan uji lanjut Duncan.
Tabel 4 Bagan perlakuan sampel Suhu Lingkungan
KMnO4
Perlakuan B1 (Suhu Ruang)
B2 (Suhu 15 0C)
B3 (Suhu 5 0C)
A1 (0,1%)
A1B1
A1B2
A1B3
A2 (0,05%)
A2B1
A2B2
A2B3
A3 (0,025%)
A3B1
A3B2
A3B3
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. PEMBUATAN BAHAN PENYERAP ETILEN Kalium permanganat (KMnO4) merupakan suatu senyawa yang dapat mengoksidasi etilen dan merubahnya ke dalam bentuk senyawa lain, yaitu mangandioksida, kalium hidroksida, dan karbondioksida. Sifat ini yang sering dimanfaatkan untuk mengurangi atau menghilangkan etilen yang dihasilkan oleh buah-buahan dan sayuran selama penyimpanan untuk menahan laju respirasinya sehingga dapat menghambat proses pematangan dan pembusukan dan pada akhirnya dapat memperpanjang masa simpan produk tersebut. Kalium permanganat (KMnO4) lebih aktif dalam bentuk larutan (terion dalam bentuk MnO4-). Supaya penggunaannya efektif, maka diperlukan suatu bahan penyerap yang dapat menyerap larutan KMnO4 dalam jumlah yang banyak. Jumlah maksimum larutan KMnO4 yang dapat diserap oleh bahan penyerap menentukan besarnya tingkat penyerapan etilen oleh bahan penyerap tersebut. Semakin banyak larutan KMnO4 yang diserap, maka bahan penyerap tersebut akan semakin efektif dalam mengurangi jumlah etilen di sekitarnya. Pada penelitian ini, silika gel digunakan sebagai bahan penyerap etilen. Silika gel mempunyai luas permukaan yang sangat besar sehingga silika gel dapat menyerap larutan KMnO4 dalam jumlah yang banyak. Dalam penelitian ini, dilakukan pengujian terhadap besarnya konsentrasi larutan KMnO4. Tujuan dari perbedaan konsentrasi ini adalah untuk mengetahui apakah besarnya konsentrasi larutan KMnO4 berpengaruh terhadap jumlah etilen yang diserap atau tidak. Ada tiga jenis konsentrasi yang akan diuji, yaitu larutan 0,1%, larutan 0,05%, dan larutan 0,025%. Setiap larutan dibuat dalam jumlah yang sama, yaitu 100 ml. Silika gel dimasukkan ke dalam larutan dan direndam selama 10 menit untuk memastikan larutan KMnO4 benar-benar terserap oleh silika gel. Selama perendaman, sebagian dari silika gel ternyata pecah. Hal ini diperkirakan disebabkan oleh jumlah larutan yang akan diserap melebihi kapasitas penyerapan dari silika gel tersebut, sehingga menyebabkan silika gel tidak
dapat menahan jumlah larutan tersebut sehingga pecah. Bahan penyerap etilen silika gel yang telah siap digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.
KMnO4 0,1%
KMnO4 0,05%
KMnO4 0,025%
Gambar 5 Bahan penyerap etilen silika gel yang siap digunakan.
B.
PENGUJIAN
BAHAN
PENYERAP
ETILEN
MENGGUNAKAN
KROMATOGRAFI GAS Setelah proses pembuatan bahan penyerap etilen selesai, selanjutnya bahan penyerap diuji menggunakan kromatografi gas. Kromatografi gas digunakan untuk mengukur konsentrasi etilen dalam toples selama pengamatan berlangsung. Penurunan konsentrasi etilen yang terukur selama pengamatan menunjukkan keaktifan bahan penyerap dalam menyerap etilen. Selain dilakukan perlakuan pada konsentrasi larutan KMnO4, perlakuan juga dilakukan pada suhu penyimpanan. Suhu penyimpanan yang diukur adalah suhu ruang, 15 0C, dan 5 0C. Ketiga ukuran suhu tersebut diambil dengan pertimbangan bahwa produk pertanian biasa disimpan dalam suhu 515 0C untuk mempertahankan supaya kondisinya tetap segar tanpa adanya perlakuan lain. Dalam selang suhu tersebut, aktivitas respirasi dan metabolisme produk akan berkurang namun tidak menyebabkan produk menjadi rusak, sehingga umur simpan produk menjadi lebih panjang. Suhu penyimpanan yang terlalu rendah justru akan mengakibatkan produk menjadi rusak. Produk akan mengalami chilling injury jika disimpan dalam suhu 0-5 0
C, dan akan mengalami freezing injury jika disimpan dalam suhu dibawah 0
0
C.
Pengamatan pengujian bahan penyerap etilen dilakukan selama 180 menit dan pengukuran konsentrasi etilen dilakukan 30 menit sekali. Karena selang waktu pengukuran konsentrasi etilen terlalu dekat, maka tidak semua sampel bisa diamati dalam hari dan waktu yang sama, melainkan dibutuhkan beberapa hari untuk menyelesaikan pengamatan. Hal ini menyebabkan perlu dilakukannya kalibrasi ulang untuk konsentrasi standar pada setiap hari pengamatan, karena nilai peak yang terukur bisa berbeda setiap harinya, walaupun untuk konsentrasi yang sama. Proses penyerapan etilen oleh bahan penyerap etilen dapat dijelaskan sebagai berikut. Etilen yang berada di dalam toples diserap oleh bahan penyerap hingga ke bagian dalam bahan penyerap melalui pori-pori. Setelah diserap, etilen dioksidasi oleh larutan KMnO4 yang telah berada di dalam bahan penyerap sebelumnya menjadi mangan dioksida (MnO2), kalium hidroksida (KOH), dan karbon dioksida (CO2). Semakin banyak etilen yang dioksidasi oleh KMnO4, maka semakin sedikit pula etilen yang tersisa dalam toples. Data hasil pengukuran konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit dapat dilihat pada Lampiran I. Nilai rata-rata konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit dapat dilihat pada Tabel 5. Grafik konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit dapat dilihat pada Gambar 6. Dari Tabel 5 dan Gambar 6 dapat dilihat bahwa penyerapan etilen oleh silika gel yang telah direndam dalam larutan KMnO4 dengan berbagai konsentrasi dalam berbagai suhu berlangsung dengan efektif. Hal ini dapat diketahui dari kondisi akhir konsentrasi etilen dalam toples yaitu pada menit ke-180 berkisar antara 0 ppm yaitu pada sampel A2B1 dan A3B1 hingga 2,93 ppm yaitu pada sampel A3B3. Diduga bahan penyerap etilen silika gel belum mencapai kondisi jenuh dan masih bisa menyerap etilen lagi. Hal ini dapat diketahui dari bentuk kurva yang masih menurun dan belum cenderung lurus, di mana grafik yang cenderung lurus menunjukkan kondisi nilai yang konstan,
yaitu ketika tidak terjadi lagi penyerapan karena silika gel telah mencapai kondisi jenuh. Tabel 5 Nilai rata-rata konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit Konsentrasi Konsentrasi Etilen (ppm) Menit ke- Larutan Suhu Ruang Suhu 15 0C Suhu 5 0C KMnO4 0,1% 18,13 17,46 18,81 0 0,05% 17,54 18,33 18,31 0,025% 18,3 18,32 18,44 0,1% 11,02 12,02 13,15 30 0,05% 10,29 12,69 14,4 0,025% 9,79 13,55 13,79 0,1% 7,13 9,8 11,33 60 0,05% 6,62 9,99 11,38 0,025% 5,79 10,26 10,67 0,1% 5,03 7,52 8,16 90 0,05% 5,04 7,73 8,3 0,025% 4,58 7,62 8,57 0,1% 3,44 4,67 6,14 120 0,05% 2,28 4,99 6,72 0,025% 1,89 5,28 6,6 0,1% 1,29 2,68 4,38 150 0,05% 1,19 2,92 4,1 0,025% 0,94 3,16 4,41 0,1% 0,11 1,28 2,07 180 0,05% 0 1,37 2,29 0,025% 0 1,52 2,93 Berdasarkan Tabel 5, dapat diperoleh nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml pada berbagai perlakuan setelah penyimpanan selama 180 menit yang ditunjukkan dalam Gambar 7. Berdasarkan Gambar 7 dapat diketahui bahwa pada penyimpanan dalam suhu ruang selama 180 menit, bahan penyerap silika gel dengan konsentrasi larutan KMnO4 0,025% mampu menyerap 18,30 ppm etilen di dalam toples, bahan penyerap dengan KMnO4 0,1% mampu menyerap 18,01 ppm,
sedangkan bahan penyerap dengan konsentrasi larutan KMnO4 0,05% mampu menyerap etilen sebanyak 17,54 ppm. Pada penyimpanan dalam suhu 15 0C selama 180 menit, bahan penyerap dengan larutan KMnO4 0,05% menyerap 16,96 ppm etilen, bahan penyerap dengan KMnO4 0,025% menyerap 16,80 ppm etilen, sedangkan bahan penyerap dengan KMnO4 0,1% menyerap 16,18 ppm etilen. Pada penyimpanan dalam suhu 5 0C, bahan penyerap dengan larutan KMnO4 0,1% menyerap 16,74 ppm etilen, bahan penyerap dengan larutan KMnO4 0,05% menyerap 16,01 ppm etilen, dan bahan penyerap dengan larutan KMnO4 0,025% menyerap 15,51 ppm etilen.
Konsentrasi Etilen (ppm)
20 18
A1B1
16
A2B1
14
A3B1
12
A1B2
10
A2B2
8
A3B2
6
A1B3
4
A2B3
2
A3B3
0 0
30
60
90
120
150
180
Waktu (menit)
Keterangan: A1B1 : KMnO4 0,1% suhu ruang A2B1 : KMnO4 0,05% suhu ruang A3B1 : KMnO4 0,025% suhu ruang A1B2 : KMnO4 0,1% suhu 15 0C A2B2 : KMnO4 0,05% suhu 15 0C A3B2 : KMnO4 0,025% suhu 15 0C A1B3 : KMnO4 0,1% suhu 5 0C A2B3 : KMnO4 0,05% suhu 5 0C A3B3 : KMnO4 0,025% suhu 5 0C Gambar 6 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen silika gel dalam penyimpanan selama 180 menit.
Konsentrasi Etilen yang Berkurang (ppm)
19,00 18,30
18,50 18,01 18,00 17,54 17,50
16,96 17,00 16,50
16,80
16,74
16,18
16,01
16,00 15,51 15,50 15,00 14,50 14,00 A1B1
A2B1
A3B1
A1B2
A2B2
A3B2
A1B3
A2B3
A3B3
Perlakuan
Keterangan: A1B1 : KMnO4 0,1% suhu ruang A2B1 : KMnO4 0,05% suhu ruang A3B1 : KMnO4 0,025% suhu ruang A1B2 : KMnO4 0,1% suhu 15 0C A2B2 : KMnO4 0,05% suhu 15 0C
A3B2 : KMnO4 0,025% suhu 15 0C A1B3 : KMnO4 0,1% suhu 5 0C A2B3 : KMnO4 0,05% suhu 5 0C A3B3 : KMnO4 0,025% suhu 5 0C
Gambar 7 Nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml pada berbagai perlakuan setelah penyimpanan selama 180 menit. Dari Gambar 7 dapat diketahui bahwa konsentrasi etilen yang paling banyak berkurang terdapat pada sampel A3B1 (KMnO4 0,025% suhu ruang) yaitu sebesar 18,30 ppm, sedangkan konsentrasi etilen yang paling sedikit berkurang terdapat pada sampel A3B3 (KMnO4 0,025% suhu 5 0C) yaitu sebesar 15,51 ppm. Jumlah konsentrasi etilen yang pengurangannya terbesar menunjukkan bahan penyerap di dalam toples tersebut menyerap etilen paling banyak, sedangkan jumlah konsentrasi etilen yang pengurangannya terkecil menunjukkan bahan penyerap di dalam toples tersebut menyerap etilen paling sedikit. Sehingga dapat diketahui bahwa bahan penyerap yang paling efektif dalam menyerap etilen yaitu bahan penyerap dengan konsentrasi larutan KMnO4 sebesar 0,025% disimpan dalam suhu ruang.
Grafik konsentrasi etilen dalam toples 250 ml selama penyimpanan 180 menit pada suhu ruang, suhu 15 0C, dan suhu 5 0C dapat dilihat pada Gambar 8, Gambar 9, dan Gambar 10.
20 18 Konsentrasi Etilen (ppm)
16 14 12 10 8 6 4
2 0 Waktu (menit)
0
30
60
90
120
150
180
100%
18,13
11,02
7,13
5,03
3,44
1,29
0,11
50%
17,54
10,29
6,62
5,04
2,28
1,19
0
25%
18,3
9,79
5,79
4,58
1,89
0,94
0
Konsentrasi Etilen (ppm)
Gambar 8 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu ruang.
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
30
60
90
120
150
180
100%
17,46
12,02
9,8
7,52
4,67
2,68
1,28
50%
18,33
12,69
9,99
7,73
4,99
2,92
1,37
25%
18,32
13,55
10,26
7,62
5,28
3,16
1,52
Waktu (menit)
Gambar 9 Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu 15 0C.
Konsentrasi Etilen (ppm)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0
30
60
90
120
150
180
100%
18,81
13,15
11,33
8,16
6,14
4,38
2,07
50%
18,31
14,4
11,38
8,3
6,72
4,1
2,29
25%
18,44
13,79
10,67
8,57
6,6
4,41
2,93
Waktu (menit)
Gambar 10
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap etilen selama penyimpanan 180 menit pada suhu 5 0 C.
Berdasarkan hasil analisis ragam menggunakan program SPSS pada taraf nyata 0,5 terhadap nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples selama 180 menit didapatkan hasil bahwa berdasarkan perlakuan konsentrasi larutan KMnO4, tidak terdapat perbedaan yang nyata antarsampel (Lampiran 3). Hal ini tidak sesuai dengan mekanisme laju reaksi yang dikemukakan oleh Kuswati (2005), yaitu semakin tinggi molaritas suatu senyawa, maka semakin besar laju reaksinya. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Zat yang molarnya lebih besar mengandung jumlah partikel yang lebih banyak, sehingga partikel-partikelnya tersusun lebih rapat dibanding zat yang molarnya rendah. Partikel yang susunannya lebih rapat akan lebih sering bertumbukan dibanding dengan partikel yang susunannya renggang, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi makin besar. Dengan demikian makin besar molaritas suatu zat, makin cepat terjadinya reaksi. Dengan makin tinggi laju reaksinya, maka dalam waktu yang sama, jumlah zat yang bereaksi akan lebih banyak. Dalam hal ini, jumlah etilen yang dioksidasi akan lebih banyak.
Nilai molaritas suatu zat dapat dihitung berdasarkan rumus berikut (Kuswati 1995) : M=
gr 1000 x Mr V
dimana M
: molaritas (M)
gr
: massa zat terlarut (g)
Mr
: massa relatif zat terlarut (g)
V
: volume larutan dalam liter (L)
Berdasarkan rumus di atas, dapat dihitung molaritas masing-masing larutan (Lampiran 2) dengan hasil, KMnO4 0,1% sebesar 6,33 M, KMnO4 0,05% sebesar 3,16 M, dan KMnO4 0,025% sebesar 1,58 M. Sesuai dengan hasil perhitungan tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa larutan KMnO4 0,1% merupakan larutan yang paling tinggi laju reaksinya sehingga seharusnya merupakan larutan yang paling efektif dalam mengoksidasi etilen dibandingkan dua larutan lainnya. Grafik konsentrasi etilen dalam toples 250 ml berisi bahan penyerap KMnO4 0,1% selama penyimpanan 180 menit dapat dilihat pada Gambar 11, grafik konsentrasi etilen dalam toples 250 ml berisi bahan penyerap KMnO4 0,05% selama penyimpanan 180 menit dapat dilihat pada Gambar 12, dan grafik konsentrasi etilen dalam toples 250 ml berisi bahan penyerap KMnO4 0,025% selama penyimpanan 180 menit dapat dilihat pada Gambar 13. Berdasarkan ketiga gambar tersebut, dapat dilihat bahwa dengan semakin tingginya suhu penyimpanan, maka jumlah etilen yang tersisa akan semakin sedikit. Hal ini terjadi karena laju penyerapan etilen oleh bahan penyerap akan semakin cepat seiring dengan semakin tingginya suhu. Ini membuktikan bahwa laju penyerapan etilen oleh bahan penyerap tergantung dari suhu lingkungannya. Hasil analisis ragam terhadap nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml selama 180 menit juga menunjukkan bahwa berdasarkan perlakuan suhu penyimpanan, terdapat perbedaan yang nyata antarsampel bahan penyerap.
20
Konsentrasi Etilen (ppm)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0
30
60
90
120
150
180
Suhu Ruang
18,13
11,02
7,13
5,03
3,44
1,29
0,11
Suhu 15 C
17,46
12,02
9,8
7,52
4,67
2,68
1,28
Suhu 5 C
18,81
13,15
11,33
8,16
6,14
4,38
2,07
Waktu (menit)
Gambar 11
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,1% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan.
0
30
60
90
120
150
180
17,54
10,29
6,62
5,04
2,28
1,19
0
Suhu 15 C
18,33
12,69
9,99
7,73
4,99
2,92
1,37
Suhu 5 C
18,31
14,4
11,38
8,3
6,72
4,1
2,29
Konsentrasi Etilen (ppm)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Waktu (menit) Suhu Ruang
Gambar 12
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,05% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan.
20 Konsentrasi Etilen (ppm)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Waktu (menit)
0
30
60
90
120
150
180
Suhu Ruang
18,3
9,79
5,79
4,58
1,89
0,94
0
Suhu 15 C
18,32
13,55
10,26
7,62
5,28
3,16
1,52
Suhu 5 C
18,44
13,79
10,67
8,57
6,6
4,41
2,93
Gambar 13
Konsentrasi etilen dalam toples 250 ml yang berisi bahan penyerap KMnO4 0,025% selama penyimpanan 180 menit pada berbagai suhu penyimpanan.
Hal ini sesuai dengan mekanisme laju reaksi yang dikemukakan oleh Kuswati (1995) yang dapat dijelaskan sebagai berikut. Setiap partikel selalu bergerak. Dengan menaikkan suhu, energi gerak atau energi kinetik molekul bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi. Di samping itu, suhu juga memperbesar energi potensial dari suatu zat. Zat-zat yang potensialnya kecil jika bertumbukan sukar menghasilkan reaksi karena sukar melampaui energi pengaktifan. Dengan naiknya suhu, energi potensial zat akan menjadi lebih besar sehingga jika bertumbukan akan menghasilkan reaksi. Pada umumnya, laju reaksi menjadi 2 kali lebih besar setiap kenaikan suhu 10 0C. Hal ini berdasarkan rumus (Kuswati 1995) : v2 = 2
(
t ) 10
x v1
dimana v2 : laju reaksi pada suhu t2 0C 0
v1 : laju reaksi pada suhu t1 C
?t : t2 – t1
Berdasarkan penjelasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa dengan semakin tingginya suhu, maka jumlah etilen yang dioksidasi oleh KMnO4 akan lebih banyak. Berdasarkan teori yang telah dijelaskan sebelumnya, dapat diketahui bahwa bahan penyerap yang paling efektif dalam menyerap etilen dalam penelitian ini adalah bahan penyerap dengan konsentrasi KMnO4 yang paling besar dan dalam suhu penyimpanan yang paling tinggi, yaitu sampel A1B1 (KMnO4 0,1% suhu ruang), sedangkan bahan penyerap yang daya serapnya paling rendah adalah bahan penyerap yang konsentrasi KMnO4 paling kecil dan dalam suhu penyimpanan yang paling rendah, yaitu sampel A3B3 (KMnO4 0,025% suhu 5 0C). Namun hasil penelitian dan berdasarkan Uji Lanjut Duncan (Lampiran 4) menunjukkan bahwa sampel yang paling banyak menyerap etilen adalah sampel A3B1 (KMnO4 0,025% suhu ruang). Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut di bawah ini. Menurut Kuswati (1995), selain kemolaran zat dan suhu reaksi, laju reaksi juga dipengaruhi oleh luas permukaan zat yang bereaksi. Pada pencampuran zat yang terdiri dari dua fase yang berbeda atau lebih, tumbukan terjadi pada permukaan zat. Laju reaksi seperti itu dapat diperbesar dengan memperluas permukaan sentuhan zat dengan cara memperkecil ukuran zat yang direaksikan. Pada awal pembahasan telah dijelaskan bahwa sebagian silika gel pecah yang diduga disebabkan karena jumlah larutan melebihi kapasitas penyerapan silika gel sehingga silika gel pecah. Silika gel yang pecah menyebabkan luas permukaan penyerapan menjadi bertambah sehingga dapat menaikkan tingkat laju reaksi. Dengan semakin banyak silika gel yang pecah maka akan semakin banyak pula etilen yang dioksidasi oleh KMnO4. Penyebab lain adalah perbedaan perlakuan konsentrasi larutan KMnO4 yang tidak terlalu besar, yaitu hanya berkisar antara 0,025-0,1 %, sehingga tidak terlihat adanya pengaruh konsentrasi larutan KMnO4 terhadap besarnya laju penyerapan etilen. Selain kemolaran zat, suhu reaksi, dan luas permukaan zat yang bereaksi, laju reaksi juga dipengaruhi oleh katalis. Katalis adalah zat yang dapat memperbesar laju reaksi, tetapi tidak mengalami perubahan kimia secara
permanen, sehingga pada akhir reaksi zat tersebut dapat diperoleh kembali. Katalis akan menurunkan energi pengaktifan. Jika energi pengaktifan kecil maka akan banyak tumbukan yang berhasil, sehingga reaksi lebih cepat terjadi. Jika energi pengaktifan tinggi maka banyak tumbukan yang tidak berhasil karena tidak mempunyai energi yang cukup yang diperlukan untuk terjadinya reaksi, sehingga reaksi akan berjalan lambat.
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN 1. Silika gel yang mengandung larutan kalium permanganat (KMnO4) dapat digunakan sebagai bahan penyerap etilen. 2. Konsentrasi larutan KMnO4 mempengaruhi besarnya penyerapan etilen. Namun dalam kisaran konsentrasi 0,025-0,1 % tidak terlihat adanya pengaruh yang nyata karena selang konsentrasi yang terlalu dekat. 3. Suhu penyimpanan mempengaruhi besarnya penyerapan etilen oleh bahan penyerap etilen silika gel. Dalam kisaran suhu 5 0C – suhu ruang, semakin tinggi suhu penyimpanan maka penyerapan etilen akan semakin besar.
B. SARAN Perlu adanya pengujian langsung bahan penyerap etilen silika gel menggunakan produk buah atau sayuran dengan memperhatikan hal-hal berikut : 1. Selang konsentrasi larutan KMnO4 yang diperbesar supaya perbedaan konsentrasi antarsampel bisa menunjukkan pengaruh terhadap besarnya laju penyerapan etilen. 2. Keseragaman luas permukaan silika gel yang dipakai sebagai bahan penyerap. 3. Pengemasan bahan penyerap supaya tidak bersentuhan langsung dengan produk.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Data pengukuran konsentrasi etilen dalam toples 250 ml menggunakan kromatografi gas
Perlakuan
A1B1
Ulangan
1 2 3
Menit
Peak standar 20 ppm
436233 503940 455796
0 Peak 374006 435489 454551
Rata-rata A2B1
1 2 3
436233 503940 455796
A3B1
436233 503940 455796
382659 435688 405465
A1B2
507970 482385 468754
435366 409345 425975
A2B2
507970 482385 468754
423140 444220 405548
A3B2
507970 482385 468754
443639 456612 435487
A1B3
483878 454880 488754
407143 470102 455485
A2B3
483878 454880 488754
462388 421604 458789
A3B3
483878 454880 488754
Rata-rata
268227 307870 298784
17,47 18,93 18,58 16,03 19,49 19,43 19,11 18,54 18,77 19,91 18,58 16,43
291963 326444 305487
16,94 18,92 19,46
18,44
10,42 8,62 10,33 10,56 12,76 12,75 11,50 13,53 13,03
319054 366452 302459
12,56 15,19 12,90
142674 133785 125499
13,58 12,94 12,91
222937 235711 254487
15,52 12,21 15,49
231055 255978 240548
13,31 14,35 13,73
13,79
9,10 10,61 10,26
9,99 256542 256632 235489
10,10 10,64 10,05
10,26 288335 242808 278465
11,92 10,68 11,39
11,33 283736 226113 304566
14,40 321952 326297 335467
8,78 9,77 10,86
9,80
13,15 375410 277735 378456
6,54 5,31 5,51
5,79
13,55 328568 294403 315574
7,32 5,76 6,79
6,62
12,69
18,31 409953 430299 475564
159715 145055 154786
12,02
18,81 481613 422520 401564
Rata-rata 1 2 3
16,66 18,42 17,30
10,80 9,25 10,81
ppm 7,53 6,39 7,48
7,13
9,79
18,32
Rata-rata 1 2 3
227169 217102 235478
18,33
Rata-rata 1 2 3
19,96 16,25 18,69
Peak 164272 160950 170549
10,29
17,46
Rata-rata 1 2 3
235513 233093 246455
18,30
Rata-rata 1 2 3
17,54 17,29 17,79
60 ppm 12,03 9,76 11,27
11,02
17,54
Rata-rata 1 2 3
Peak 262441 246032 256792
18,13
Rata-rata 1 2 3
30 ppm 17,15 17,28 19,95
11,73 9,94 12,46
11,38 253596 242808 265487
10,48 10,68 10,86
10,67
Lanjutan
Perlakuan
A1B1
Ulangan
Peak standar 20 ppm
1 2 3
436233 503940 455796
Menit 90 Peak 131687 110015 106988
Rata-rata A2B1
1 2 3
436233 503940 455796
A3B1
436233 503940 455796
114355 115761 120466
A1B2
507970 482385 468754
A2B2
507970 482385 468754
A3B2
507970 482385 468754
A1B3
483878 454880 488754
A2B3
483878 454880 488754
A3B3
483878 454880 488754
Rata-rata
8,04 7,65 7,49 7,29 8,07 7,49 8,66 7,69 8,13 9,53 7,25 8,13 8,95 8,47 8,27
8,57
2,33 2,38 2,13 1,95 1,80 1,91 5,01 4,30 4,69 5,20 4,65 5,11
28040 27972 26584
5,56 4,92 5,35 6,57 5,87 5,97 8,31 5,37 6,50 7,13 5,90 6,77
6,60
3,08 2,85 2,84
2,92 92047 71166 67784
3,62 2,95 2,89
3,16 118955 93993 99878
4,92 4,13 4,09
4,38 112200 90837 89548
6,72 172619 134296 165488
2,85 2,60 2,58
2,68 78186 68662 66542
6,14 200938 122091 158764
1,20 0,75 0,87
0,94 72344 62723 60545
5,28 159007 133454 145785
1,29 1,11 1,17
1,19 26088 18936 19787
4,99 141266 118617 125498
ppm 1,32 1,24 1,30
1,29
4,67 131954 112256 119778
8,30 216599 192747 202164
Peak 28870 31174 29546
1,89 127240 103659 109875
8,16 230455 164830 198786
Rata-rata 1 2 3
7,90 7,59 7,08
ppm 3,45 3,33 3,53
2,28 42635 45422 43597
7,62 209626 174806 198765
Rata-rata 1 2 3
4,32 4,80 4,63
7,73 185048 194735 175489
Rata-rata 1 2 3
50810 60020 48526
7,52 204157 184510 175584
Rata-rata 1 2 3
5,24 4,59 5,29
150
3,44
4,58 200573 183074 165878
Rata-rata 1 2 3
Peak 75192 83802 80549
5,04 94262 120894 105495
Rata-rata 1 2 3
ppm 6,04 4,37 4,69
5,03
Rata-rata 1 2 3
120
4,64 3,99 3,66
4,10 114773 99200 100565
4,74 4,36 4,12
4,41
Lanjutan
Perlakuan
A1B1
Ulangan
1 2 3
Menit
Peak standar 20 ppm
436233 503940 455796
180 Peak 2530 2787 2548
Rata-rata A2B1
1 2 3
436233 503940 455796
0,11 0 0 0
Rata-rata A3B1
1 2 3
436233 503940 455796
A1B2
507970 482385 468754
0 0 0
A2B2
507970 482385 468754
33929 29448 30248
A3B2
507970 482385 468754
38155 31571 30487
A1B3
483878 454880 488754
39948 35102 35877
A2B3
483878 454880 488754
49284 49241 48788
A3B3
483878 454880 488754
Rata-rata
2,04 2,17 2,00
2,07 70356 39333 54877
Rata-rata 1 2 3
1,57 1,46 1,53
1,52
Rata-rata 1 2 3
1,50 1,31 1,30
1,37
Rata-rata 1 2 3
1,34 1,22 1,29
1,28
Rata-rata 1 2 3
0,00 0,00 0,00
0,00
Rata-rata 1 2 3
0,00 0,00 0,00
0,00
Rata-rata 1 2 3
ppm 0,12 0,11 0,11
2,91 1,73 2,25
2,29 75890 60229 73549
3,14 2,65 3,01
2,93
Lampiran 2 Perhitungan Molaritas larutan KMnO4 Diketahui : 0,1% KMnO4
: gr0,1
= 100 mg
0,05% KMnO4
: gr0,05 = 50 mg
0,025% KMnO4 : gr0,025 = 25 mg Mr :
K = 39 Mn = 55 O = 16
=> Mr KMnO4 = 158 g V = 100 mL
Rumus : M =
gr 1000 x Mr V
0,1% KMnO4 :
M0,1 =
gr 1000 x Mr V
M0,1 =
100mg 1000 x 158 100mL
M0,1 = 6,33 M
0,5% KMnO4 :
M0,5 =
gr 1000 x Mr V
M0,5 =
50mg 1000 x 158 100mL
M0,5 = 3,16 M
0,025% KMnO4 :
M0,025 =
gr 1000 x Mr V
M0,025 =
25mg 1000 x 158 100mL
M0,025 = 1,58 M
Lampiran 3 Hasil analisis ragam terhadap nilai konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml selama 180 menit dengan taraf nyata 0,5
Sumber Keragaman
JK
DB
KT
F Hitung
F Tabel
KMnO4
0,096
2
0,048
0,026
0,975
SUHU
16,452
2
8,226
4,436**
0,027
KMnO4 * SUHU
4,096
4
1,024
0,552
0,700
Error
33,380
18
1,854
Keterangan : ** berbeda nyata JK : Jumlah kuadrat DB : Derajat Bebas KT : Kuadrat Tengah
Lampiran 4 Hasil Uji Lanjut Duncan terhadap konsentrasi etilen yang berkurang dalam toples 250 ml selama 180 menit dengan taraf nyata 0,5
Subset
Sampel 1
2
A3B3
15,5100
A2B3
16,0133
16,0133
A1B2
16,1767
16,1767
A1B3
16,7400
16,7400
A3B2
16,8000
16,8000
A2B2
16,9533
16,9533
A2B1
17,5400
17,5400
A1B1
18,0100
18,0100
A3B1
18,3000
Lampiran 5 Gambar toples yang digunakan untuk pengujian bahan penyerap etilen silika gel menggunakan kromatografi gas
