II. TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Metode Near Infrared (NIR) 1. Tanaman Nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) Tanaman nyamplung dapat ditemukan di Madagaskar, Afrika Timur, Asia Selatan dan Tenggara, Kepulauan Pasifik, Hindia Barat, dan Amerika Selatan. Tumbuhan ini memiliki nama yang berbeda di setiap daerah, seperti bintangor di Malaysia, hitaullo di Maluku, nyamplung di Jawa, bintangur di Sumatera, poon di India, dan di Inggris dikenal dengan nama alexandrian laurel, tamanu, pannay tree, serta sweet scented calophyllum (Dweek dan Meadows, 2002 dalam Murniasih, 2009). Taksonomi tanaman nyamplung menurut Heyne (1987) adalah sebagai berikut : Divisi : Spermatophyta Sub divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledone Bangsa : Guttiferales Suku : Guttiferae Marga : Calophyllum Jenis : Calophyllum inophyllum L. Nama umum : Nyamplung Tanaman nyamplung mudah dibudidayakan, tumbuh baik pada ketinggian meter dpl seperti di hutan, pengunungan dan rawa-rawa, curah hujan antara mm per tahun, ph tanah , tumbuh pada tanah tandus, daerah pantai yang kering dan berpasir atau digenangi air laut. Tinggi tanaman dapat mencapai 30 meter dengan diameter 0.8 meter, daun mengkilap, batang berwarna abu-abu hingga putih, warna kayu bervariasi tergantung spesies. Tanaman nyamplung berbuah sepanjang tahun terutama pada bulan Februari-Maret dan Agustus-September di Indonesia dan di Hawaii April-Juni dan Oktober-Desember. Tanaman nyampung memiliki daya tahan yang tinggi terhadap lingkungan, ditemukan dalam jumlah populasi yang besar, dengan kisaran umur yang lama (1-50 tahun), dan memiliki biji yang banyak (Friday and Okano, 2006). Luas areal tegakan tanaman nyamplung mencapai ribu ha yang tersebar dari Sumatera sampai Papua (Balitbang Kehutanan, 2008). Daerah penyebaran nyamplung diantaranya adalah Sumatera Barat, Riau, Jambi, Sumatera Selatan, Lampung, Jawa, Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Sulawesi, Maluku, dan NTT. Hutan nyamplung dikelola secara profesional oleh Perum Perhutani Unit I KPH Kedu Selatan Jawa Tengah dengan luas mencapai 196 ha. Nyamplung juga dikembangkan oleh masyarakat Cilacap khususnya di sekitar Kecamatan Patimuan dan daerah Gunung Selok Kecamatan Kroya/Adipala. Mereka memanfaatkan kayu nyamplung untuk pembuatan perahu nelayan. Sejak tahun 2007, Dinas Kehutanan Perkebunan Kabupaten Cilacap telah menanam 135 ha di lahan TNI Angkatan Darat sepanjang Pantai Laut Selatan, tahun 2008 direncanakan menanam seluas 300 ha. 4

2 Sumber: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan (2008) Gambar 1. Pohon, kayu, bunga, buah, daun, dan biji nyamplung. Pohon nyamplung dimanfaatkan untuk menahan abrasi dan ancaman tsunami, kayunya yang kuat dan tahan air digunakan sebagai bahan baku pembuatan perahu, bahan konstruksi bangunan, serta minyaknya digunakan sebagai bahan penerangan. Getah daun nyamplung mengandung senyawa costatolide A yang efektif menekan pertumbuhan virus HIV (Murniasih, 2009). Buah nyamplung berwarna hijau, berbentuk bulat, kulit buah tipis dan akan mengelupas ketika mulai mengering. Inti biji yang mengandung minyak berbentuk bulat mancung berwarna kuning, dilindungi tempurung keras mirip tempurung kelapa. Biji nyamplung dapat digunakan sebagai obat kudis, penerangan, dan penumbuhan rambut (Heyne, 1987). Sifat fisiko kimia biodiesel biji nyamplung dibandingkan dengan SNI disajikan pada Tabel 2. 5

3 Tabel 2. Sifat fisiko kimia biodiesel nyamplung dibandingkan dengan standar SNI Produksi biji nyamplung per tahun mencapai 20 ton/ha. Biji nyamplung mempunyai kandungan minyak tinggi yaitu 55% pada inti segar dan 70.5% pada inti biji kering (Heyne, 1987). Menurut Dweek dan Meadows (2002) yaitu 75%, serta menurut Soerawidjaja (2001) sekitar 40-73%. Menurut Friday and Okano (2006), satu pohon nyamplung dapat menghasilkan 100 kg buah/tahun dan rendemen minyak sebanyak 5 kg. Jika jarak tanam 3 x 3.5 m 2 setiap pohon menghasilkan 30 kg biji atau 5.1 kg minyak maka dalam 1 ha diprediksi menghasilkan kg biji atau kg minyak biji nyamplung. Sedangkan produktivitas tanaman jarak berkisar antara kg biji/pohon/tahun. Produksi akan stabil setelah tanaman berumur lebih dari 1 tahun. Dengan tingkat populasi tanaman antara pohon/ha, maka tingkat produktivitas antara 8-15 ton biji/ha. Jika rendemen minyak sebesar 35 % maka setiap ha lahan dapat diperoleh ton minyak/ha/tahun. Kemudian dilihat dari segi ekonomisnya, harga biji nyamplung Rp 700/kg, sementara itu harga biji jarak antara Rp Rp 4.000/kg. Sehingga biji nyamplung sangat memiliki prospek yang sangat baik untuk dikembangkan sebagai bahan bakar nabati pensubstitusi bahan bakar fosil. Tumbuhan nyamplung (Callophyllum inophyllum L.), di Bali dikenal dengan nama punga atau camplong digunakan oleh masyarakat sebagai obat tradisonal serta mempunyai potensi komersial (Forestry Department, 2007). Sebagai obat tradisional kulit batangnya 6

4 secara eksternal dapat digunakan untuk mengobati pembengkakan kelenjar sedangkan secara internal dapat digunakan untuk memperlancar buang air kecil (diuretic). Ekstrak daun digunakan sebagai pencuci radang mata dan di Kamboja ekstrak daun nyamplung digunakan dalam pernafasan untuk mengobati vertigo dan migrain. Getahnya yang beracun sering digunakan oleh orang Samoan untuk melumuri anak panah sebagai panah beracun serta dapat digunakan untuk mengobati pembengkakan dan penyakit tumor (Tempesta and Michael, 1993). Minyak biji yang bersifat racun (toksik) cukup kuat (Kriswiyanti dan Narayani, 2000) dapat digunakan untuk memulihkan rambut rontok (Veronika, 2003), sebagai antiparasit (Tempesta and Michael, 1993), dan dapat digunakan sebagai bahan bakar minyak lampu dengan kandungan minyak 70-73% berat biji kering (Anonimous a, 2006). Bagian bunga tumbuhan ini berbau harum sehingga sering dipergunakan sebagai pengharum lemari pakaian. Di daerah Jawa Tengah bagian benang sari yang berwarna kuning dipergunakan sebagai jamu bagi wanita habis melahirkan. Bagian biji mengandung zat seperti damar yang beracun dan diketahui mengandung senyawa inofilum A-E, kalofiloid, asam kalofinat, dan polimer proantosianidin (Tempesta and Michael, 1993), golongan kumarin yaitu senyawa brasimarin A-C sebagai cancer chemopreventive agents (Chihiro et al., 2003), karotenoid, lakton, minyak atsiri, minyak/lemak, sitosterol, takahama, tanin, dan tokoferol. Daunnya diketahui mengandung saponin, dan triterpenoid (Kriswiyanti dan Narayani, 2000). Hasil uji toksisitas pendahuluan dari daging biji dan kulit biji nyamplung terhadap larva udang Artemia salina L., menunjukkan bahwa bagian kulit biji lebih toksik (LC50 = ppm) dibandingkan dengan bagian daging biji (LC50 = 154,8 ppm). Sifat fisiko kimia tempurung biji nyamplung disajikan pada Tabel 3. Tabel 3. Sifat fisiko kimia tempurung biji nyamplung Parameter Konsentrasi (%) Kadar Air 9.97 Kadar Abu 0.61 Kadar Ekstraktif 2.59 Kadar Holoselulosa Kadar Alphaselulosa Kadar Pentosan Kadar Lignin Sumber: Wibowo (2009) 2. Minyak Nyamplung Produksi minyak nyamplung secara sederhana dilakukan oleh petani di Kebumen untuk pelapisan genting, bahan bantu pembuatan batik, dan pelapis jenazah. Sedangkan di Jawa Barat, TNI AD memanfaatkan minyak nyamplung untuk bahan bakar kapal laut. Minyak nyamplung mempunyai kandungan asam lemak tidak jenuh yang cukup tinggi seperti asam oleat serta komponen-komponen tak tersabunkan diantaranya alkohol lemak, sterol, xanton, turunan kuomarin, kalofilat, isokalofilat, isoptalat, kapelierat, asam pseudobrasilat, dan penyusun triterpenoat sebanyak % yang dapat dimanfaatkan sebagai obat. Menurut Debaut et al., (2005) asam lemak penyusun minyak nyamplung dapat dilihat pada Tabel 4. 7

5 Tabel 4. Komposisi asam lemak minyak nyamplung Asam Lemak Komposisi (%) Asam Palmitoleat (C16:1) Asam Palmitat (C16) Asam Oleat (C18:1) Asam Linoleat (C18:1) Asam Stearat (C18:0) Asam Arachidat (C20) Asam Gadoleat (C19:1) Sumber: Debaut et al., (2005) 3. Teori Metode Near Infrared (NIR) Metode infra merah dekat atau sering disebut dengan nama near infrared (NIR) merupakan salah satu teknik yang menggunakan wilayah panjang gelombang infra merah pada spektrum elektromagnetik antara 700 sampai 2500 nm (Dryden, 2003). Hal yang terpenting dari teori NIR reflektan dan absorban elektromagnetik ini adalah menganalisis komponen, deteksi kualitas, dan pemasakan (Mohsenin, 1984). Kisaran panjang gelombang NIR telah lama dipelajari dan digunakan sebagai metode analitik. Cahaya tampak diterima oleh mata sesuai dengan besarnya pantulan, seperti halnya warna dihasilkan dari cahaya yang dipantulkan dari suatu objek. Setiap bahan memiliki spektrum gabungan pantulan NIR yang unik dan beragam yang dihasilkan dari efek penyebaran, penyerapan, dan pantulan cahaya oleh bahan. Semua bahan organik terdiri dari atom, karbon, oksigen, hydrogen, nitrogen, phosphor, sulfur dengan sejumlah kecil elemen lain. Atom-atom ini berkombinasi melalui ikatan kovalen atau elektrokovalen membentuk molekul. Karena sifat ikatannya, gaya elektrostatik ada dalam atom dan molekul tersebut. Sehingga molekul bergerak secara konstan, ini dikenal sebagai keadaan stabil. Molekul bervibrasi pada frekuensi yang berkaitan dengan panjang gelombang dalam daerah infra merah dari spektrum elektromagnetik. Setelah dipancarkan maka radiasi ini akan diserap oleh semua bahan organik dan informasi utama yang dapat diekstrak adalah stretching dan bending ikatan kimia C-H (seperti bahan organik turunan minyak bumi), O-H (seperti kadar air, karbohidrat, dan lemak), C-N, dan N-H (seperti protein dan asam amino) yang merupakan ikatan dasar dari semua ikatan kimia bahan-bahan organik. Informasi tersebut dapat dilihat dari pantulan NIR yang dihasilkan dalam bentuk spektrum pantulan. Radiasi infra merah tidak mempunyai energi yang cukup untuk mengeksitasi elektron pada senyawa tetapi dapat menyebabkan senyawa organik mengalami rotasi dan getaran (vibrasi) ikatan inter-atomic (Osborne et al., 1993). Vibrasi stretching adalah pergerakan atom yang teratur sepanjang ikatan antara dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah atau berkurang. Sedangkan vibrasi bending adalah pergerakan atom yang menyebabkan perubahan sudut ikatan antar dua atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya. Cahaya infra merah dekat yang mengenai bahan memiliki energi yang kecil dan hanya menembus sekitar satu millimeter permukaan bahan, tergantung dari komposisi bahan tersebut. Jika cahaya mengalami penyebaran, spektrum tersebut tetap mengandung informasi contoh penyerapan permukaan bahan tetapi terjadi distorsi pada puncak gelombang (Dryden, 2003). 8

6 Variasi pada ukuran dan suhu partikel sampel mempengaruhi penyebaran radiasi infra merah pada saat melewati sampel. Partikel berukuran besar tidak dapat menyebarkan radiasi infra merah sebanyak partikel kecil. Makin banyak radiasi yang diserap dapat memberikan nilai absorban yang tinggi dan efeknya besar pada panjang gelombang yang diserap lebih kuat (Dryden, 2003). Dalam penyerapannya, metode NIR memiliki beberapa kelebihan, antara lain dapat menurunkan biaya tenaga kerja penganalisis komposisi, penggunaan preparat contoh yang sederhana, waktu pendugaan komposisi kimia yang singkat, analisis yang tidak merusak contoh (non-destructive), tidak menggunakan bahan-bahan kimia (analisis yang bebas limbah), dan dapat menganalisis komposisi dengan kecepatan dan ketepatan tinggi (Williams, 1987). Keunggulan dari gelombang infra merah dekat menurut Osborne et al. (1993) dalam analisis bahan makanan adalah merupakan gabungan antara tingkat ketepatan, kecepatan, dan kemudahan dalam melakukan percobaan (prosedur tidak rumit). 4. Aplikasi Metode Near Infrared (NIR) Metode near infrared (NIR) telah banyak diperkenalkan dan digunakan di beberapa negara maju pada benua seperti Eropa, Amerika Utara, Asia, Australia, dan New Zealand baik dalam bidang industri maupun dalam bidang pertanian. Sedangkan di Indonesia sendiri, metode ini belum banyak digunakan terutama dalam bidang pertanian. Penerapan metode NIR telah lama berkembang terutama untuk keperluan bahan pangan, pertanian, kedokteran, farmasi, dan industri kimia. Untuk bahan pangan dan hasil pertanian seperti kedelai, jagung, beras, daging, ikan, dan hortikultura metode NIR dapat digunakan untuk penentuan komposisi kimia seperti kadar air, lemak, asam, gula, protein, dan berbagai senyawa lainnya. Selain itu metode NIR digunakan dalam industri susu murni dan menentukan kandungan protein yang terdapat dalam tepung susu skim. Berdasarkan sifat absorban dan reflektan dari energi radiasi yang dipancarkan, maka metode NIR dapat digunakan untuk menduga komposisi kimia suatu bahan. Aplikasi metode NIR dalam industri produk pangan dan pertanian telah banyak dilakukan. Diawali oleh Norris dan Hart (1962) yang menemukan bahwa kadar air yang terkandung pada biji-bijian dan bibit tanaman dapat diukur pada panjang gelombang sebesar 1940 nm. Pengaplikasian secara komersil metode NIR pertama diperkenalkan oleh Williams (1973) yang menganalisis gandum dan biji-biji berkadar minyak. Miller (1990) menggunakan turunan pertama pada pantulan spektrum untuk mendeteksi adanya jamur hitam, jamur abu-abu, dan kerusakan lain seperti suncald. Hasilnya menunjukkan bahwa indeks mutu tomat dapat berdasarkan pada nilai turunan pantulan dengan jangkauan panjang gelombang antara nm, sehingga nilai ini dapat digunakan untuk memisahkan antara tomat yang baik dari jamur hitam, jamur abu-abu, dan suncald. Metode NIR juga dapat digunakan untuk memperkirakan konsentrasi gula dan asam pada buah-buahan, seperti mangga yang dilakukan oleh Budiastra et al. (1995). Mereka mengklasifikasikan mangga ke dalam tiga jenis rasa, yaitu rasa manis, manis asam, dan asam yang diukur dengan teknologi NIR pada 200 contoh mangga dengan kisaran panjang gelombang nm. Metode stepwise dari regresi berganda (SMLR) digunakan untuk memiliki panjang gelombang optimal untuk menduga konsentrasi sukrosa dan asam malat. Panjang gelombang terpilih untuk memprediksi sukrosa dengan NIR adalah 1533 nm,

7 nm, 1821 nm, sedangkan untuk asam malat adalah 1621 nm, 1813 nm, 1821 nm, 1933 nm, 1941 nm, 1965 nm, dan 1968 nm. Sugiana (1995) dengan menggunakan NIR Spectrophotometer untuk mendeteksi kememaran buah apel varietas Rome Beauty dengan panjang gelombang nm. Hasil yang diperoleh adalah panjang gelombang NIR yang tepat untuk mendeteksi kememaran buah apel varietas Rome Beauty adalah 930 nm, 940 nm, 950 nm, 960 nm, 1110 nm, dan 1390 nm. Disimpulkan juga bahwa kekerasan buah apel tidak terlalu berpengaruh terhadap pantulan spektrum yang dihasilkan, sehingga hasil pantulan spektrum yang diperoleh dari setiap apel dikatakan mempunyai sifat sama. Victor (1996) dengan menggunakan sistem NIR melakukan pengelompokkan buah apel varietas Manalagi berdasarkan kememaran dengan panjang gelombang nm. Disimpulkan bahwa kedalaman dan diameter memar buah apel tidak dipengaruhi oleh lama penyimpanan, tetapi dipengaruhi oleh ketinggian perlakuan memar yang diberikan serta panjang gelombang nm tidak dapat digunakan untuk membedakan secara nyata adanya kememaran pada buah apel Manalagi. Chang et al. (1998) melakukan penelitian untuk menduga total padatan terlarut jus jeruk, apel, pepaya, pear, dan pisang. Dari berbagai jus buah tersebut dikembangkan algoritma umum untuk penentuan total padatan terlarut beberapa jus buah. Rosita (2001) menerapkan metode NIR untuk memprediksi mutu buah duku. Dari penelitian tersebut disimpulkan bahwa NIR dapat memprediksi kadar gula dan kekerasan buah duku dengan baik. Disimpulkan pula bahwa data absorbansi NIR memberikan nilai korelasi yang lebih tinggi (0.91), standar error lebih rendah (0.87), dan koefisien keragaman yang akurat (5.39). Fontaine et al. (2002) menerapkan NIR dalam menduga kandungan asam amino kedelai. Didapat bahwa % variasi asam amino mampu dijelaskan dengan baik menggunakan NIR. Mereka juga telah menggunakan metode tersebut untuk memprediksi kandungan asam amino esensial beberapa bahan pakan yakni kedelai, rapeseed meal, tepung biji bunga matahari, polong, tepung ikan, tepung daging, dan tepung produk samping pemotongan ayam. Munawar (2002) menerapkan metode NIR untuk menduga kadar gula dan kekerasan buah belimbing. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa data absorban NIR dapat menduga kadar gula dan kekerasan buah belimbing dengan baik. Hal ini ditunjukkan dengan koefisien korelasi yang tinggi. Mitamala (2003) menerapkan metode NIR untuk menduga kadar air, karbohidrat, protein, dan lemak tepung jagung. Dari penelitian tersebut disimpulkan bahwa NIR dapat memprediksi kadar air, karbohidrat, protein, dan lemak tepung jagung dengan baik. Penggunaan data reflektan mampu menentukan kadar protein lebih baik dari data absorban. Data absorban dapat menduga kadar karbohidrat, lemak, dan air lebih baik dari data reflektan. Kusumaningtyas (2004) melakukan pendugaan kadar air, karbohidrat, protein, lemak, dan amilosa pada beras (Oryza sativa L.) dengan metode NIR. Panjang gelombang yang digunakan untuk menduga adalah nm. Data reflektan NIR dapat menduga kadar air, karbohidrat, dan protein lebih baik daripada data absorban. Sedangkan untuk menduga kadar lemak dan amilosa, data absorban lebih baik dibandingkan data reflektan. Marthaningtyas (2005) melakukan pendugaan total padatan terlarut dan kadar asam belimbing (Averrhoa carambola L.) dengan menggunakan metode NIR dan JST. Penggunaan 10

8 analisis komponen utama dalam mereduksi hasil data absorbansi dari spektrum infra merah dekat sangat efektif. Andrianyta (2006) menerapkan metode NIR dan jaringan syaraf tiruan (JST) dalam menentukan komposisi kimia jagung non-destruktif. Komposisi kimia yang ditentukan, antara lain kandungan proksimat, lemak, air, karbohidrat, methionin, tyrosin, threonin, arginin, dan leusin. Quddus (2006) melakukan penentuan kandungan energi bruto tepung ikan untuk bahan pakan ternak menggunakan metode NIR. Analisis pendugaan kandungan energi pada tepung ikan tersebut menggunakan metode kalibrasi SMLR dan PCR. Persamaan kalibrasi dengan metode SMLR menyatakan bahwa hasil prediksi nilai EM menggunakan data reflektan dan absorban mendekati hasil uji bioassay. Sedangkan persamaan kalibrasi dengan metode PCR menghasilkan 10 komponen utama dalam tepung ikan tersebut. Adrizal et al. (2007) yang melakukan pendugaan kandungan air, protein, lisin, dan metionin tepung ikan dengan jaringan syaraf tiruan berdasarkan absorban NIR. Dari hasil penelitian tersebut disimpulkan bahwa metode JST mampu menduga kandungan air, protein, lisin, dan metionin tepung ikan dengan akurasi yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan persamaan regresi yang didapatkan melalui metode SMLR. Susilowati (2007) pada panjang gelombang nm dapat menduga total padatan terlarut buah pepaya selama penyimpnanan dan pemeraman dengan metode NIR, tetapi panjang gelombang tersebut tidak dapat digunakan untuk mengukur kekerasan buah. Hubungan antara data absorban NIR dengan total padatan terlarut dan kekerasan pada penelitian tersebut dipelajari dengan kalibrasi menggunakan metode SMLR, PCR, dan PLS. Kelebihan penggunaan metode NIR antara lain disebabkan banyak komposisi kimia dari bahan pangan dan pertanian yang menyerap (absorption) atau memantulkan (reflectance) cahaya pada rentang panjang gelombang µm. Komposisi kimia lainnya memiliki pola serapan yang khas berbeda satu dengan lainnya pada setiap panjang gelombang cahaya yang diberikan (Mohsenin, 1984). Kendala metode NIR adalah biaya investasi alat yang tinggi. Metode ini masih tergolong metode sekunder, karena memerlukan tahapan kalibrasi terutama bagi sampel uji yang belum pernah menggunakan metode ini misalnya tepung ikan, bungkil inti sawit, dedak, tepung singkong, dan sebagainya. Metode NIR sangat membantu pekerjaan analisis yang bersifat rumit dan rutin, seperti kadar air, kadar abu, ph, kadar karbohidrat, kadar protein, kadar lemak, bilangan asam, dan kadar asam lemak bebas. Metode ini sangat sesuai karena tidak lagi banyak memerlukan tahapan kalibrasi. B. Kalibrasi dan Validasi Osborne et al. (1993) menjelaskan bahwa instrumen NIR berguna dalam menentukan komposisi kimia dengan menggunakan nilai pantulan (R) dan absorban (log (1/R)). Menentukan spektrum pantulan dan absorban NIR maka nilai hasil analisis kimiawi laboratorium diperlukan. Untuk mengetahui hubungan antara spektrum-spektrum tersebut dengan nilai referensi dari analisis kimiawi di laboratorium (metode konvensional), maka perlu menggunakan metode matematika dengan cara mengkalibrasinya. Untuk tahap kalibrasi sering digunakan untuk sampel yang memiliki karakteristik yang hampir mendeteksi sama. Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), kalibrasi adalah tanda-tanda menyatakan pembagian skala. Kalibrasi dalam teknik spektroskopi diperoleh dengan mengukur hubungan antara absorban dan reflektan dari panjang gelombang yang dihasilkan dari spectrometer dengan 11

9 konsentrasi larutan unsur yang akan dianalisis (Nur dan Adijuwana, 1989 dalam Rumahorbo, 2004). Kesulitan dalam mengkalibrasi menurut Osborne et al. (1993) adalah masalah informasi alam yang kompleks dalam spektrum infra merah contohnya setiap puncak spektrum hampir selalu tumpang tindih oleh satu atau lebih puncak-puncak yang lain. Berbagai macam metode kalibrasi spektrum NIR telah tersedia tetapi dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu metode kalibrasi untuk panjang gelombang terpilih atau sering disebut metode lokal dan metode yang melibatkan seluruh spektrum atau sering disebut metode global atau juga disebut dengan metode kalibrasi spektrum penuh (full spectrum calibration methods), seperti principal component regression (PCR) dan partial least squares (PLS). Metode full spectrum banyak digunakan karena data dalam spektrum direduksi untuk mencegah masalah overfitting tanpa mengurangi dan menghilangkan satu atau beberapa informasi yang sangat berguna. Jumlah sampel yang digunakan untuk tahap kalibrasi harus lebih banyak daripada untuk keperluan tahap validasi. Validasi bertujuan menguji ketepatan pendugaan komposisi kimia regresi kalibrasi yang telah dibangun. Selain itu, dikenal pula beberapa perlakuan data sebelum spektrum dianalisis seperti smoothing, normalisasi, derivatif pertama dan kedua, standard normal variate (SNV) dan detrending (DT) (Osborne et al., 1993). Setiap perlakuan data mempunyai fungsi yang berbedabeda terhadap data spektrum. Pada penelitian ini perlakuan data yang akan diberikan adalah smoothing, derivatif kedua Savitzky-Golay, kombinasi kedua perlakuan data tersebut, dan normalisasi. Prosedur derivatif kedua yang paling umum digunakan yaitu prosedur Savitzky-Golay yang dikelaskan oleh Norris dan William (1990). Data spektrum sering diubah menjadi bentuk smoothing dan derivatif, secara umum untuk memperbaiki bentuk dan model regresi kalibrasi. Smoothing berfungsi untuk memilih penghalusan fungsi dengan teliti tanpa menghilangkan informasi spektrum yang ada dan mengurangi guncangan (noise) dan memperkecil galat/kekeliruan yang terjadi selama pengukuran NIR dan analisis kimiawi laboratorium. Derivatif kedua Savitzky-Golay berfungsi untuk mereduksi efek basis dari adanya pertambahan dari proses absorban (shoulder effect) serta menghilangkan masalah basis kemiringan persamaan regresi. Kombinasi antara smoothing dan derivatif kedua Savitzky-Golay dapat diterapkan dan akan mendapatkan bentuk dan model regresi kalibrasi yang optimum, layak, dan dapat dipercaya (Blanco dan Villarroya, 2002 dalam Yogaswara, 2005). Normalisasi data spektra kedalam rentang 0-1 dimaksudkan untuk menghilangkan pengaruh perbedaan ukuran partikel sampel uji dan memperbesar rentang nilai reflektan. Perlakuan normalisasi diharapkan dapat mengurangi error yang terjadi selama pengambilan data spektra dan dapat memperjelas data spektra tersebut. Perlakuan normalisasi akan memperlebar nilai spektra serta memproporsionalkan nilai spektra dari dua nilai spektra dengan kandungan yang sama. C. Metode Kalibrasi Multivariatif Analisis data NIR dapat dimanfaatkan dengan mempelajari hubungannya dengan sifat bahan yang diukur. Kegiatan mempelajari hubungan tersebut pada umumnya dilakukan dengan beberapa metode kalibrasi, antara lain stepwise multiple linear regression (SMLR), principal component regression (PCR), backward dan partial least squares (PLS). 12

10 Lammertyn et al., (1998) menganalisis data NIR Spectroscopy menggunakan metode kalibrasi multivariatif seperti principal component regression dan partial least squares dalam memprediksi sifat-sifat kimiawi seperti keasaman dan total padatan terlarut pada buah apel Jonagold. Metode kalibrasi multivariatif yang akan digunakan pada penelitian yang berjudul pendugaan komposisi kimia biji nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) secara non-destruktif dengan metode near infrared (NIR) adalah principal component regression (PCR) dan partial least squares (PLS). 1. Metode Principal Component Regression (PCR) Metode principal component regression merupakan suatu metode kombinasi antara analisis regresi dan analisis komponen utama (Principal Component Analysis, PCA). Prinsip analisis komponen utama adalah mencari komponen utama yang merupakan kombinasi linear dari variabel asli. Metode regresi komponen utama (PCR) ditetapkan bila dalam pembentukan model pendugaan variabel bebas yang digunakan banyak dan terdapat hubungan yang erat antar variabel bebasnya. Metode tersebut dapat digunakan untuk pendugaan kalibrasi peubah ganda dan mengatasi kolinear ganda. Menurut Miller & Miller (2000), komponen-komponen utama yang dipilih sedemikian rupa sehingga komponen utama pertama memiliki variasi yang terbesar dalam set data, sedangkan komponen utama kedua tegak lurus terhadap komponen utama pertama dan memiliki variasi terbesar berikutnya. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Pearson (1901) dan secara terpisah oleh Hotelling (1933). Pemikiran dasar metode analisis ini adalah mendeskripsikan variasi sebuah set data multivariatif dengan sebuah set data baru dimana variabel-variabel baru tidak berkolerasi satu sama lain. Variabel-variabel baru adalah kombinasi linear dari variabel asal. Variabel baru diturunkan dalam arah menurun sehingga beberapa komponen pertama mengandung sebanyak mungkin variasi data asal (Pearson, 1901 dalam Marthaningtyas, 2005). Siska dan Hurburgh (1996) dalam Andrianyta (2006), menggunakan metode principal component regression (PCR) untuk mengidentifikasi variasi-variasi utama pada spektrum absorban sampel jagung. Sedangkan Quddus (2006) menentukan kandungan energi bruto tepung ikan untuk bahan pakan ternak dengan data reflektan dan absorban menggunakan metode kalibrasi multivariatif yaitu PCR. 2. Metode Partial Least Squares (PLS) Metode regresi kuadrat terkecil parsial atau sering disebut partial least squares (PLS) pertama kali dikembangkan oleh Herman Wold (1982). Model partial least squares didefinisikan dari dua persamaan linear yang disebut model struktural dan metode pengukuran (Wold, 1982 dalam Wulandari 2000). Metode PLS digunakan untuk memperkirakan serangkaian variabel tidak bebas (respon) dari variabel bebas (prediktor) yang jumlahnya sangat banyak, memiliki struktur sistematik linear atau non-linear, dengan atau tanpa data yang hilang, dan memiliki kolinearitas yang tinggi. Metode ini membentuk model dari variabel yang ada untuk merangkai respon dengan menggunakan regresi kuadrat terkecil dalam bentuk matriks (Lindblom, 2004 dalam Saragih, 2007). 13

11 Metode tersebut juga mempunyai keuntungan, yaitu dapat mengoptimalkan hubungan prediktif antara 2 kelompok peubah bebas dan tidak bebas dan pemodelannya tidak mengasumsikan sebaran dari peubah bebas saja tetapi peubah tidak bebas ikut diasumsikan (Wold, 1982 dalam Wulandari 2000). Jensen et al. (2001) mengevaluasi perubahan mutu butir walnut (Junglens regia L.) dengan menerapkan metode NIR dan partial least square sebagai metode kalibrasi. Metode tersebut dapat melakukan kalibrasi NIR dengan hasil yang tepat pada panjang gelombang nm. Selain itu, NIR dapat menjelaskan kandungan heksanal kacang walnut sebesar 72%. Pada dasarnya pendekatan PLS adalah penggabungan model pendugaan sebagai pengembangan model-model kalibrasi yang melibatkan lebih dari dua peubah laten (bebas dan tidak bebas). Proses pendugaan menggunakan metode kuadrat terkecil yang diaplikasikan pada persamaan hubungan model struktural dan model pengukuran (Ratnaningsih, 2004). Metode kuadrat terkecil parsial (PLS) tidak memerlukan asumsi-asumsi yang ketat terhadap sebaran dari peubah, sisaan dan parameter, sehingga metode ini sering disebut metode lunak (Ratnaningsih, 2004). Metode tersebut diperoleh secara iteratif dan tidak memiliki formula tertutup untuk mencari ragam koefisien regresi. 14