HAK CIPTA DILINDUNGI UNDANG-UNDANG [1] Tidak diperkenankan mengumumkan, memublikasikan, memperbanyak sebagian atau seluruh karya ini

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Manisan Buah Manisan buah adalah buah-buahan yang direndam dalam larutan gula selama beberapa waktu. Manisan biasanya dimakan sebagai hidangan pelengkap untuk merangsang nafsu makan. Teknologi membuat manisan merupakan salah satu cara pengawetan makanan yang sudah diterapkan sejak dahulu kala. Perendamanan dengan larutan gula (penggulaan) akan membuat kadar gula dalam buah meningkat dan kadar airnya berkurang sehingga keadaan ini akan menghambat pertumbuhan mikroba perusak sehingga buah akan lebih tahan lama. (Muaris, 2003) Manisan buah dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu manisan basah dan manisan kering. Manisan basah adalah manisan yang diperoleh setelah penirisan buah dari larutan gula, sedangkan manisan kering adalah manisan basah yang dikeringkan. Manisan basah mempunyai kandungan air yang lebih tinggi dari manisan kering sehingga umur simpannya lebih singkat namun penampakan yang lebih menarik karena serupa dengan buah aslinya sedangkan manisan kering memiliki daya simpan yang lebih lama, kadar air yang lebih rendah, dan kadar gula yang lebih tinggi. Manisan basah biasanya dibuat dari buah yang memiliki tekstur keras seperti kolang kaling, mangga, kedondong, salak, pepaya, ceremai, belimbing, jambu biji, dan nangka dan lain-lain. Sedangkan manisan kering biasanya dibuat dari buah yang teksturnya lunak, contohnya, buah kundur, asam jawa, bengkuang, pala, pepaya, dan lain-lain (Fatah, 2004) Buah Pepaya Pepaya (Carica pepaya L.), adalah salah satu jenis buah yang bisa dijadikan macam-macam produk olahan/awetan tertentu, tergantung kondisi 8 FTIP001639/024

2 9 kematangannya. Menurut Suprapti (2005), beberapa bentuk olahan dari pepaya adalah sebagai berikut: 1. Pepaya mentah : Enzim papain, sukade, dan manisan basah dan manisan kering 2. Pepaya Mengkal : Manisan basah, manisan kering, sirup, koktail, dan selai/jam/jelly 3. Pepaya Matang : Manisan basah dan kering, sirup, koktail, pasta, sari buah/jus, saus dan dodol Pada dasarnya, kondisi buah pepaya yang masih mentah, mengkal, dan secara fisiologis sudah matang, memiliki perbedaan seperti ditampilkan pada tabel berikut : Tabel 1. Perbedaan Kondisi Pepaya Berdasarkan Tingkat Kematangan No Pepaya Mengkal Pepaya Matang Daging buah Daging buah berwarna Daging buah berwarna berwarna putih semburat merah atau kuning 2 Buah keras padat Buah keras padat Buah sedikit lunak 3 Sulit dihancurkan 1 Pepaya Mentah Agak mudah dihancurkan Mudah dihancurkan Sangat mudah 4 Dapat dipotong- Mudah dipotong- dipotong, bahkan potong potong dalam bentuk bulat sekalipun. 6 7 Kandungan pektin Kandungan pektin Kandungan pektin minimal maksimal cukup Tidak memiliki Rasa agak manis, Rasa manis, aroma dan cita rasa (hambar) aroma dan rasa spesifik rasa spesifik Sumber: Suprapti (2005) FTIP001639/025

3 Prinsip Pembuatan Manisan Pepaya Dalam pembuatan manisan, hal yang harus diperhatikan adalah bagaimana membuat manisan yang bermutu. Mutu berdasarkan ISO didefinisikan sebagai karakteristik menyeluruh dari suatu wujud apakah itu produk, kegiatan, proses, organisasi atau manusia yang menunjukkan kemampuannya dalam memenuhi kebutuhan yang telah ditentukan. Mutu manisan dipenuhi oleh beberapa faktor, antara lain bentuk, rasa, aroma, dan warna. Namun selain itu hal yang lebih penting adalah jaminan keamanan manisan tersebut. Keamanan pangan (food safety) adalah hal-hal yang membuat produk pangan aman dimakan dan bebas dari faktor-faktor yang dapat menyebabkan penyakit, misalnya mengandung sumber penular penyakit, mengandung bahan kimia beracun, atau mengandung benda asing (Fanny, 2011). Secara umum, jenis bahaya keamanan pangan dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: Biologi, Kimia, dan Fisik. Berbagai faktor teknis yang sangat mempengaruhi keamanan pangan adalah faktor air, oksigen, ph, suhu, penanganan (benturan, gesekan), dan waktu. Oleh karena itu faktor-faktor tersebut perlu dikendalikan. Menurut para ahli keamanan pangan dari US -FDA (Badan Pertanian dan Pangan AS), ancaman yang paling berbahaya adalah bahaya biologi (kontaminasi mikrobiologi). Data statistik menunjukkan sekitar 90% penyakit pada manusia berkaitan dengan pangan. Penyakit seperti ini disebut foodborne disease. WHO mendefinisikan foodborne disease adalah penyakit yang umumnya bersifat infeksi atau racun yang disebabkan oleh mikroba atau senyawa lain yang diproduksinya yang masuk ke dalam tubuh melalui makanan yang dikonsumsi (Fanny, 2011). Terkait dengan pengolahan manisan, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk mengurangi cemaran mikrobiologis. Hal tersebut diantaranya adalah bahan baku harus disimpan pada ruangan yang harus selalu dijaga kebersihannya dan bebas dari binatang pengganggu. Selain itu, tempat pencucian dan peralatan pencucian bahan baku harus selalu dijaga kebersihannya, sehingga tujuan pencucian benar-benar tercapai. Tumpahan bahan baku pada lantai hendaknya segera dibersihkan, jangan dibiarkan tercecer karena dapat FTIP001639/026

4 11 mengundang binatang ataupun serangga yang tidak diinginkan. Peralatanperalatan pengolahan harus selalu bersih, bebas minyak, jamur, sisa makanan, dan kotoran lainnya Manisan pepaya bisa dibuat menjadi manisan basah dan kering. Kedua manisan tersebut pada dasarnya sama-sama harus melalui tahap penggulaan. Namun tahap setelah penggulaan itulah yang berbeda. Untuk manisan kering, setelah penggulaan maka dikeringkan sampai kadar air tertentu. Berikut ini adalah cara pembuatan manisan pepaya secara konvensional (DIPTI Sumatera Barat, 2001): 1. Pemotongan dan perendaman di dalam larutan kapur sirih (CaCO3). Buah pepaya mengkal dikupas, dibelah dan dibuang bijinya serta dipotong kecil-kecil dengan ukuran seragam. Kemudian potongan buah dicuci sampai bersih dan direndam di dalam larutan kapur sirih 0,2-0,3% (b/v) selama 1 jam. Perendaman dalam larutan kapur bertujuan untuk memperkuat jaringan buah karena pada saat penggulaan akan terjadi proses pengkerutan sel (plasmolisis) yang diakibatkan berkurangnya air di dalam sel. Jadi manisan, khususnya jenis manisan basah tidak akan keriput dan akan terasa renyah ketika dimakan. Setelah perendaman dengan kapur sirih selesai, kemudian potongan dicuci dengan air bersih dan ditiriskan. 2. Perendaman di dalam larutan natrium bisulfit. Potongan pepaya yang telah ditiriskan, kemudian direndam di dalam larutan sulfit 0,18-0,22% (b/v) dengan suhu 64-68oC selama 10 menit sambil diaduk-aduk secara pelan-pelan. Tujuan perendaman dengan larutan ini adalah untuk mencegah pencoklatan (browning) pada potongan buah. Setelah itu potongan pepaya dicuci dengan air bersih dan ditiriskan. 3. Perendaman di dalam larutan gula (penggulaan) Setelah penirisan pada prosedur nomor 2, potongan pepaya direndam di dalam larutan gula 40% (b/v) selama 24 jam. Kemudian potongan pepaya ditiriskan. Selanjutnya prosedur 2 sampai 3 FTIP001639/027

5 12 diulangi lagi sampai 2 kali. Dengan demikian perendaman dilakukan selama 3 hari. Pengulangan tersebut dimaksudkan agar gula dalam manisan terserap merata dan kadarnya menjadi tinggi. 4. Pengeringan Setelah diangkat dari larutan gula, potongan buah ditiriskan. Apabila akan dijadikan manisan kering, selanjutnya potongan buah dijemur (jika tersedia cukup sinar matahari), atau dikeringkan dengan alat pengering sampai kadar air 30% (b/b) basis basah. 5. Pengemasan Manisan pepaya ini dikemas di dalam kantong plastik polietilen, kemudian di-seal dengan rapat. Perendaman dalam air gula (penggulaan) pada pembuatan manisan secara konvensional akan memakan waktu cukup lama, yaitu 3 hari. Hal tersebut diakibatkan proses penyerapan gula ke dalam jaringan membutuhkan waktu lama. Pada proses penggulaan alami, yang terjadi adalah peristiwa dehidrasi osmosis (osmotic dehydration), yaitu merupakan proses perpindahan massa secara simultan (coutercurrent flows) antara keluarnya air dari bahan menuju larutan gula dan berpindahnya gula dari dalam larutan menuju ke dalam bahan (Lazarides et al., 1999 dalam Nopianto, 2005). Pada proses penggulaan, laju difusi gula masih jauh lebih lambat dibandingkan laju osmosis air dari dalam buah. Hal ini terjadi karena perpindahan massa gula terhambat oleh perpindahan air dari bahan. Aliran air dari dalam bahan terjadi akibat tekanan osmosis larutan gula yang lebih tinggi dari pada tekanan osmosis di dalam potongan pepaya dan tekanan atmosfer, sementara tekanan udara dalam sistem yang mungkin dapat menjadi penghambat tekanan osmosis larutan hanya sebesar 1 atm (Nopianto, 2005). Laju difusi air yang lebih tinggi ini secara otomatis akan menghambat difusi gula ke dalam potongan pepaya. Oleh karena itu kesetimbangan konsentrasi gula antara bahan dan larutan gula akan lebih lama tercapai. FTIP001639/028

6 Prinsip Difusi, Osmosis, dan Reverse Osmosis Difusi Difusi adalah perpindahan molekul larutan dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah (Poedjiadi, 2009). Konsentrasi adalah ukuran yang menunjukkan jumlah suatu zat terlarut yang terdapat di dalam suatu larutan. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua zat disebut gradien konsentrasi. Terkait dengan penelitian ini, arah difusi gula akan terjadi dari larutan perendam (konsentrasi gula tinggi) menuju ke dalam potongan pepaya (konsentrasi gula rendah) dan difusi molekul gula akan berhenti jika konsentrasi gula kedua larutan sudah setimbang. Gambar 2 berikut ini menerangkan arah difusi gula antara dua larutan gula berbeda konsentrasai yang dipisahkan oleh membran. Gambar 2. Mekanisme Difusi ( 2006) Bird dkk. (1986) dalam Nopianto (2005) menyatakan bahwa untuk memahami mekanisme perpindahan molekul secara difusi, dapat ditelaah dari hukum Fick pertama yang menjelaskan bahwa laju aliran massa dari suatu zat per satuan luas (fluks massa) berbanding lurus dengan gradien konsentrasi, seperti terlihat pada Persamaan 1. J= - D dc dz..(1) dimana : J : fluks massa (kg-mol/s.m2) D : difusivitas membran terhadap molekul (m2/s) FTIP001639/029

7 14 C : konsentrasi molekul (kg-mol/l) z : ketebalan membran (m) Dari persamaan di atas, laju difusi per satuan luas disebut juga sebagai fluks massa. Holman, (1986) menerangkan lebih lanjut untuk mendapatkan laju aliran massa (laju difusi) dalam satuan kg/s dengan persamaan berikut: J= ṁa...(2) A maka, dimana : ṁa = - DA dc dz...(3) ṁa : laju aliran massa (kg/s) D : difusivitas membran terhadap molekul (m2/s) C : konsentrasi molekul (kg-mol/l) A : luas membran (m2) z : ketebalan membran (m) Berdasarkan Persamaan 1 jelas bahwa fluks massa (J) berbanding lurus dengan konsentrasi larutannya (C). Artinya semakin tinggi konsentrasi, semakin tinggi pula fluks massanya. Menurut Holman (1986) difusi dan osmosis bisa ditelaah dengan pendekatan pada gas atas hubungan antara tekanan (P) dengan konsentrasi (C) seperti Persamaan 4 berikut : P V= n R T...(4) dimana: P : tekanan udara (atm) n : massa molekul (kg mol) R : tetapan gas ideal (82, L.atm/kg.mol.K) T : suhu larutan (K) V : volume larutan (L) FTIP001639/030

8 15 n / V adalah konsentrasi larutan (C), maka berlaku : C = J= - P RT D P R T z...(5)...(6) Konsentrasi (C) merupakan tenaga pendorong (driving force) laju aliran massa sehingga fluks massa berbanding lurus dengan tekanan (J P). Artinya dapat dipastikan bahwa apabila diterapkan tekanan yang besar pada larutan hipertonik dalam proses difusi, maka perpindahan massa partikel dari larutan hipertonik menuju hipotonik akan besar pula Osmosis Osmosis adalah fenomena khusus dari difusi, yaitu proses perpindahan air dari daerah berkonsentrasi air tinggi ke daerah berkonsentrasi air rendah melalui suatu membran semipermeabel (Poedjiadi, 2009). Membran semipermeabel adalah membran yang bisa dilewati oleh pelarut dan partikel terlarut tertentu. Gambar 3. Mekanisme Osmosis ( 2006) Geankoplis (1993), menerangkan bahwa Van t Hoff menyatakan hubungan yang sama antara tekanan osmosis dengan gas ideal seperti berikut ini: π = M RT...(7) FTIP001639/031

9 16 dimana : π : tekanan osmosis (atm) M : molaritas (kg mol/l) R : tetapan gas ideal (82, m3.atm/kg mol.k) T : suhu larutan (K) Pada kedua ruang yang terpisah oleh membran semipermeabel, dimana zat terlarut dan pelarut dapat melewati membran, peristiwa difusi dan osmosis merupakan peristiwa yang berlangsung secara serentak. Sebagai ilustrasi, pada Gambar 4a, misalnya larutan di dalam ruang A merupakan larutan gula dengan konsentrasi tinggi, sedangkan di dalam ruang B merupakan larutan gula dengan konsentrasi lebih rendah. Ruang tersebut mempunyai volume sama dan dipisahkan oleh membran semipermeabel. Maka dalam sistem tersebut yang terjadi adalah pergerakan partikel gula dari ruang A ke ruang B dan pergerakan air (pelarut) dari ruang B menuju ruang A sampai konsentrasi larutan pada kedua ruang sama (setimbang) walaupun hasil akhirnya volume kedua larutan berbeda (Gambar 4b) Reverse Osmosis Reverse Osmosis adalah suatu proses pembalikan peristiwa osmosis alami dengan cara menerapkan tekanan pada larutan yang berkonsentrasi gula tinggi yang sehingga osmosis mengalir dari larutan berkonsentrasi gula tinggi ke larutan berkonsentrasi gula rendah hingga tercapai kesetimbangan konsentrasi gula di kedua larutan (Brandt, et al, 1993 dalam Nopianto, 2005). Dalam peristiwa osmosis alami, perpindahan massa air terjadi dari daerah hipotonik ke daerah hipertonik. Keadaan ini dapat dihentikan atau dibalikkan dengan cara memberikan tekanan luar dari ruang yang memiliki konsentrasi zat terlarut lebih tinggi (Gambar 5). FTIP001639/032

10 17 Membran Semipermeabel Molekul Gula A Konsentrasi molekul tinggi B Konsentrasi molekul rendah (a) kondisi sebelum terjadi kesetimbangan konsentrasi Membran Semipermeabel Molekul Gula Arah perpindahan molekul gula Arah perpindahan molekul air A B Konsentrasi di kedua ruang sama b) kondisi setelah terjadi kesetimbangan konsentrasi Gambar 4. Mekanisme Difusi Osmosis Gambar 5. Mekanisme Difusi Reverse Osmosis (Setiasih, dkk., 2009) Mengacu pada Persamaan 5 dan Gambar 5, terlihat bahwa perpindahan massa difusi molekul dari larutan hipertonik yang menuju larutan hipotonik akan besar apabila diterapkan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosis dan FTIP001639/033

11 18 tekanan udara 1 atm pada sisi larutan hipertonik. Dengan demikian berarti bahwa osmosis air dari larutan hipotonik atau kehilangan air yang terjadi pada proses ini akan terhambat atau lebih kecil, sedangkan penambahan jumlah molekul terlarut akan lebih besar. Hal inilah yang kemudian disebut sebagai reverse osmosis (osmosis terbalik), karena mekanisme yang terjadi adalah melawan hukum osmosis alamiah. Tekanan yang diberikan tergantung pada karakteristik membran dan besar tekanan osmosis larutan hipertonik. Dalam metode reverse osmosis, fenomena fisika ini tidak berarti dengan memperbesar tekanan akan memberikan pengaruh langsung untuk terjadinya difusi gula menuju seberang membran, tetapi dengan memberikan tekanan udara yang besar pada proses reverse osmosis secara langsung akan meningkatkan laju difusi air dari larutan hipertonik menuju hipotonik (Setiasih, dkk., 2009). Dengan demikian, ini berarti bahwa aliran air dari larutan hipotonik menuju hipertonik akan terhambat. Hal inilah yang menyebabkan aliran gula ke daerah hipotonik menjadi meningkat. Seperti halnya peristiwa dehidrasi osmosis, mekanisme reverse osmosis mengakibatkan terjadinya dua aliran massa, yaitu osmosis dan difusi gula. Namun, dalam kondisi reverse osmosis, arah osmosis bukan dari potongan pepaya menuju larutan gula, melainkan dari larutan gula (larutan hipertonik) menuju potongan pepaya (larutan hipotonik). Sedangakan arah difusi gula tetap dari larutan gula menuju potongan pepaya Manisan Buah Pepaya dengan Metode Tabung Bertekanan (Reverse Osmosis) Secara garis besar, pembuatan manisan buah pepaya dengan metode reverse osmosis memilki tujuan yang tidak berbeda dengan proses pembuatan manisan cara biasa, yaitu untuk pengawetan dan pengolahan. Yang menjadi pembeda hanya prinsip fisikanya, yakni pada saat proses penggulaannya. Prinsip dasar penggulaan manisan dengan metode reverse osmosis adalah cara memanfaatkan peningkatan difusi larutan gula ke dalam potongan pepaya akibat dihambatnya aliran air dari potongan pepaya oleh tekanan udara yang diterapkan. FTIP001639/034

12 19 Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa proses penggulaan alami dilakukan pada kondisi tekanan 1 atmosfer. Oleh karena itu fluks difusi tergantung pada perbedaan tekanan osmosis antara potongan pepaya dan larutan gula. Sedangkan pada pembuatan manisan basah buah pepaya dengan menggunakan tabung bertekanan yang memfasilitasi terjadinya fenomena reverse osmosis, ditambahkan tekanan luar melebihi 1 atmosfer pada sisi larutan gula dengan maksud untuk meningkatkan daya hambat terhadap osmosis air (tekanan osmosis) dari potongan pepaya menuju larutan. Dengan demikian, diharapkan peresapan gula ke dalam potongan pepaya akan semakin tinggi, dan proses penggulaan berlangsung lebih cepat. Untuk lebih jelasnya prinsip tersebut dapat dilihat pada sketsa berikut: Keterangan: : Arah difusi gula : Arah osmosis air P = 1 atm π1 1 : Larutan gula 2 : Potongan pepaya π1 : Tekanan osmosis larutan gula π2 : Tekanan osmosis potongan pepaya P : Tekanan atmosfer Kondisi yang terjadi adalah dehidrasi osmosis : π2 2 π 1 > π 2 > P1 maka masih ada tekanan osmosis Δπ dari larutan sehingga arah aliran air adalah dari potongan pepaya menuju larutan gula. 1 Gambar 6. Kondisi Sistem Penggulaan Konvensional FTIP001639/035

13 20 Keterangan: : Arah difusi gula : Arah osmosis air P > 1 atm > Δπ 3 : Larutan Gula 4 : Potongan Pepaya π1 : Tekanan osmosis larutan gula π2 : Tekanan osmosis potongan pepaya P : Tekanan atmosfer + Aplikasi tekanan udara dari luar Δπ : π1 - π2 π1 Kondisi yang terjadi adalah reverse osmosis : π2 2 P > Δπ maka tekanan osmosis dari larutan akan terimbangi bahkan terkalahkan sehingga arah aliran air adalah dari larutan gula menuju potongan pepaya. 1 Gambar 7. Kondisi Sistem Penggulaan dengan Tabung Bertekanan 2.6. Analisis Fisika Proses Penggulaan Manisan Metode Tabung Bertekanan Analisis perpindahan massa air dan massa gula selama proses penggulaan dapat dinyatakan sebagai kehilangan air (Water Loss) dan peningkatan gula (Solid Gain). Kehilangan air (WL) adalah rasio dari selisih massa air awal dan akhir bahan terhadap massa bahan awal. Sedangkan peningkatan gula (SG) pada bahan adalah rasio dari peningkatan gula pada bahan terhadap massa bahan awal. Secara matematis, Flink, (1978 dalam Riberio, dkk. 2004) menyatakan kedua parameter tersebut ke dalam persamaan berikut: 1) Water Loss Sehingga: WL =...(8) : kehilangan air di dalam potongan pepaya (g H20 / g potongan pepaya awal) XA0 : kadar air potongan pepaya sebelum penggulaan (%) FTIP001639/036

14 21 XAt : kadar air potongan pepaya setelah penggulaan (%) M0 : berat potongan pepaya sebelum penggulaan (g) Mt : berat potongan pepaya setelah penggulaan (g) 2) Solid Gain = Dimana:...(9) SG : peningkatan gula (g gula / g potongan pepaya awal) XG0 : kadar gula potongan pepaya sebelum penggulaan (%) XGt : kadar gula potongan pepaya setelah penggulaan (%) Dari kedua persamaan di atas, maka laju aliran massa air atau laju difusi air dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: ṁ =...(10) Sedangkan untuk menghitung laju difusi gula ke dalam potongan pepaya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: ṁag =...(11) Dimana : 2.7. ṁaa : laju difusi air dari potongan pepaya menuju larutan (kg/detik) ṁag : laju difusi gula dari larutan menuju potongan pepaya (kg/detik) t : lama waktu proses penggulaan (detik) Sifat Organoleptik Mutu manisan akan ditentukan salah satunya oleh sifat organoleptiknya. Sifat organoleptik ini terkait dengan rasa, warna, aroma dan tekstur manisan. Sehingga sifat organoleptik ini dapat mempengaruhi penerimaan konsumen. Manisan pepaya yang baik memiliki kadar gula yang cukup tinggi namun rasa manis gula tidak menutupi rasa asli dari pepaya itu sendiri. Manisan pepaya tidak memiliki tekstur yang terlalu keras tidak juga terlalu lunak. FTIP001639/037

15 22 Salah satu jenis uji organoleptik adalah uji kesukaan atau disebut juga uji hedonik. Menurut Setyaningsih, dkk. (1985), dalam uji hedonik panelis dimintakan tanggapan pribadinya tentang kesukaan atau ketidaksukaannya dalam skala hedonik dan data skala hedonik dapat ditransformasikan ke dalam skala numerik dan dapat dianalisis secara statistikal Sistem Law dan Kelton (2000) mendefinisikan sistem sebagai suatu kumpulan entitas yang bertingkah dan berinteraksi bersama-sama mencapai tujuan tertentu, dan tergantung dari objek yang diamati. Sistem memiliki ciri-ciri sebagai berikut (Simatupang, 1995 dalam Saleh, 2005): 1. Entiti, yaitu objek sistem yang menjadi pokok perhatian. 2. Atribut, yaitu sifat yang dimiliki oleh entiti. 3. Aktivitas, yaitu proses yang menyebabkan perubahan dalam sistem, yang dapat mengubah atribut, bahkan entiti. 4. Status, yaitu keadaan entiti dan aktivitas pada saat tertentu, atau kumpulan variabel yang penting untuk menggambarkan sistem pada sembarang waktu, tergantung pada tujuan studi sistemnya. 5. Kejadian, yaitu peristiwa sesaat yang dapat mengubah variabel status sistem. Berdasarkan kelima ciri sistem yang disebutkan di atas, Gambar 8 menunjukkan gambaran umum mengenai sistem penggulaan dengan tabung bertekanan pada penelitian. Berdasarkan Gambar 8, sistem penggulaan dengan tabung bertekanan memiliki objek sistem utama yaitu potongan pepaya dan larutan gula. Objek tersebut berada dalam suatu lingkungan yang tertutup, dalam hal ini objek berada di dalam tabung tertutup. Lingkungan di luar tabung diasumsikan tidak berpengaruh terhadap aktivitas yang terjadi di dalam sistem penggulaan selama proses penggulaan berjalan. Entitas larutan gula yang merupakan lingkungan dari potongan pepaya yang secara langsung ataupun tidak langsung mempengaruhi daya serap dan kadar FTIP001639/038

16 23 gula potongan pepaya selama dan setelah proses atau aktivitas dalam sistem berjalan. Sementara deskripsi hubungan diantara kedua entitas dan lingkungan sistem dapat digambarkan dengan menggunakan analisis statistika dan pemodelan. Larutan Gula (Entitas) Variabel (Atribut): Kadar gula Suhu Volume Merendam Potongan Pepaya (Entitas) Variabel (Atribut): Kadar gula Kadar air Ukuran Berat Tingkat kekerasan Proses Penggulaan (Aktivitas): Penerapan Tekanan udara Perendaman dengan lama waktu tertentu Difusi gula Osmosis air Manisan Pepaya (Entitas) Variabel (Atribut): Kadar gula Kadar air Ukuran Berat Tingkat kekerasan Gambar 8. Gambaran Umum Sistem Penggulaan Tabung Bertekanan Prosedur dalam mempelajari sistem secara umum ditunjukkan oleh skema pada Gambar 9. Dari skema prosedur tersebut, sistem penggulaan dengan tabung bertekanan akan dideskripsikan dengan model matematika dimana data inputnya berasal dari percobaan. Setelah model sistem terbentuk, maka sistem penggulaan dengan tabung bertekanan dapat disimulasikan untuk mencapai tujuan yang diinginkan dari sistem tersebut. FTIP001639/039

17 24 Sistem Percobaan Dengan Percobaan Dengan Sistem Aktual Pemodelan Sistem Model Model Fisika Matematika Solusi Analitik Simulasi Gambar 9. Prosedur dalam Mempelajari Sistem (Law dan Kelton, 2000) 2.9. Pendefinisian Sistem Penggulaan dengan Tabung Bertekanan Penggulaan dengan tabung bertekanan dapat diuraikan ke dalam elemen dan atributnya. Pada sistem penggulaan tabung bertekanan ini, dapat didefinisikan bahwa: a. Elemen Sistem 1. Potongan buah pepaya 2. Larutan gula 3. Tekanan b. Atribut/variabel Sistem 1. Ukuran bahan 2. Kadar air awal potongan pepaya 3. Kadar gula awal potongan pepaya 4. Kadar air akhir potongan pepaya (manisan) 5. Kadar gula potongan pepaya (manisan) FTIP001639/040

18 25 6. Tingkat kekerasan awal potongan pepaya 7. Tingkat kekerasan manisan 8. Kadar gula larutan gula 9. Suhu larutan gula 10. Taraf tekanan 11. Lama penggulaan Berdasarkan fungsi, sistem penggulaan dengan tabung bertekanan dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu input dan output, a. Input Input dari sistem ini terdiri dari : 1. Kadar air awal potongan pepaya 2. Kadar gula awal potongan pepaya 3. Tingkat kekerasan awal potongan pepaya 4. Kadar gula larutan gula 5. Suhu awal larutan gula 6. Taraf tekanan 7. Ukuran bahan 8. Lama penggulaan b. Output Sistem Output sistem terdiri dari: 1. Kadar gula manisan (Kadar gula akhir potongan pepaya) 2. Kadar air manisan (Kadar air akhir potongan pepaya) 3. Tingkat kekerasan manisan (Tingkat kekerasan akhir potongan pepaya) Batasan Sistem 1. Sistem yang dikaji adalah proses penggulaan dengan alat tabung bertekanan seperti yang tertera pada Lampiran Bahan baku manisan yang digunakan sebagai input adalah buah pepaya varietas Thailand. FTIP001639/041

19 26 3. Tekanan yang diaplikasikan di dalam sistem tidak melebihi 55 psi. 4. Lama proses penggulaan tidak lebih dari 5 jam sehingga tidak melihat proses sampai terjadi kesetimbangan kadar gula antara larutan dengan manisan Asumsi Ada beberapa asumsi terkait dengan beberapa atribut sistem, asumsi tersebut adalah: 1. Berat dan ukuran potongan pepaya sebelum penggulaan seragam sehingga laju difusi per satuan luas merata. 2. Tekanan yang diterapkan konstan tidak mengalami perubahan. 3. Kadar awal larutan gula perendam adalah sama yaitu 60% (b/b) Model dan Pemodelan Amirin (1996) dalam Saleh (2005) menerangkan bahwa model merupakan abstraksi realitas, suatu penghampiran kenyataan, sebab model tidak bisa menceritakan perincian atau detail kenyataan tersebut, melainkan hanya porsi atau bagian-bagian tertentu yang penting saja atau yang merupakan sosok kunci. Selain itu, menurut Mulyono (2004), model adalah abstraksi atau penyederhanaan realitas sistem yang kompleks di mana hanya komponen-komponen yang relevan atau faktor-faktor yang dominan dari masalah yang dianalisis diikutsertakan. Jadi, pemodelan adalah proses membuat suatu representasi mengenai suatu sistem nyata. Adapun realitas atau sistem nyata adalah sistem yang sedang berlangsung dalam kehidupan, sistem yang dijadikan titik perhatian dan dipermasalahkan. Sedangkan menurut Simatupang (1995) dalam Saleh (2005), pemodelan adalah proses membangun dan membentuk sebuah model dari suatu sistem nyata dalam bahasa formal tertentu dan ukuran keberhasilan pemodelan bukan dari besar dan rumitnya model, tetapi kecukupan jawab terhadap permasalahan yang ditinjau. Terkait dengan pemodelan sistem penggulaan dengan tabung bertekanan, model yang dibuat bertujuan untuk mengetahui perilaku sistem yang digambarkan oleh model matematis. Sebagaimana telah diutarakan pada bahasan sebelumnya, FTIP001639/042

20 27 bahwa sistem penggulaan ini terdiri dari beberapa entiti dan banyak atribut. Namun hubungan dan pengaruh antar atribut-atribut yang melekat pada entiti yang dapat merubah atribut sistem atau bahkan mengubah entiti yang ada pada sistem belum diketahui secara pasti. Sehingga nantinya pada tahap formulasi model akan diseleksi beberapa atribut sistem yang memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perubahan yang terjadi yang akan dijadikan variable-variabel pembentuk model. Dengan mempergunakan model, didapat keuntungan yaitu kemudahan dalam memodifikasi sistem dan memungkinkan mengadakan eksperimen dengan model bagi sistem yang kompleks. Adapun karakteristik suatu model yang baik menurut Simatupang (1995) dalam Saleh (2005) adalah sebagai berikut: 1. Tingkat generalisasi yang tinggi. Makin tinggi derajat generalisasi suatu model, maka ia makin baik, sebab kemampuan model untuk memecahkan masalah semakin besar. 2. Mekanisme transparansi. Suatu model dikatakan baik jika dapat dilihat bagaimana mekanisme suatu model dalam memecahkan masalah, artinya bisa diterangkan kembali (rekonstruksi) tanpa ada yang disembunyikan. 3. Potensial untuk dikembangkan Suatu model yang berhasil biasanya mampu membangkitkan minat (interest) peneliti lain untuk menyelidikinya lebih lanjut. Serta membuka kemungkinan pengembangannya menjadi model yang lebih kompleks yang berdaya guna untuk menjawab masalah sistem nyata. 4. Peka terhadap perubahan asumsi. Hal ini menunjukkan bahwa proses pemodelan tidak pernah berakhir (selesai), selalu memberi celah untuk membangkitkan asumsi. Dengan teknik pemodelan ini, dapat dipelajari bagaimana aktivitas dalam sistem mempengaruhi entiti atau objek yang menjadi pokok perhatian yang tidak dapat dilakukan pada sistem nyata karena alasan biaya ataupun masalah waktu. Dengan teknik pemodelan diambil beberapa sampel kejadian yang terjadi dalam FTIP001639/043

21 28 sistem yang berakibat pada perubahan entiti atau bahkan sistem itu sendiri dan menganalisisnya dengan membuat suatu model atau representasi dari kejadian yang diamati. Model yang terbentuk dapat digunakan untuk meramalkan atau menggambarkan perilaku sistem nyata di setiap aktivitas sehingga dapat dengan mudah dipelajari untuk menentukan solusi dari permasalahan di dalam sistem nyata Model Matematika Matematika selalu berusaha mempelajari keteraturan hubungan antar lambang atau simbol atau unsur yang mempunyai arti (mewakili suatu obyek tertentu) dengan aturan-aturan tertentu dan membuat generalisasi. Hubungan- hubungan tersebut bisa terjadi pada objek-objek dunia nyata maupun objek-objek yang abstrak, non-empiris dan tidak bernyawa. Hasil generalisasi ini digunakan sebagai titik tolak untuk memetakan atribut-atribut sistem nyata menjadi simbolsimbol yang disebut variabel. Kumpulan keterkaitan variabel-variabel yang berbentuk formulasi atau fungsi persamaan dan atau pertidaksamaan yang mengekspresikan sifat (feature) pokok dari sistem atau proses fisis dalam istilah matematika disebut model matematika (Simatupang, 1995 dalam Saleh 2005). Model matematika adalah model yang bersifat paling abstrak. Model ini menggunakan seperangkat simbol matematika untuk menunjukkan komponenkomponen dan hubungan antar komponen dari sistem nyata. Model ini dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu deterministik dan probabilistik. Model deterministik dibentuk dalam situasi kepastian. Model ini memerlukan penyederhanaan-penyederhanaan dari realitas karena kepastian jarang terjadi. Namun, keuntungan model ini adalah dapat dimanipulasi dan diselesaikan lebih mudah. Jadi, sistem yang rumit dapat dimodelkan dan dianalisis jika dapat diasumsikan bahwa semua komponen sistem itu diketahui dengan pasti. Model ketidakpastian. probabilistik Meskipun meliputi kasus-kasus penggabungan di mana ketidakpastian diasumsikan dalam model menghasilkan suatu penyajian sistem nyata yang realistis, model ini umumnya lebih sulit untuk dianalisis. (Mulyono (2004) FTIP001639/044

22 29 Kadang-kadang, model yang pertama kali dibuat masih terlalu rumit. Mulyono (2004), menyebutkan beberapa cara untuk membuat model menjadi lebih sederhana, misalnya: 1. Melinearkan hubungan yang tidak linear 2. Mengurangi banyaknya variable atau kendala 3. Mengubah sifat variable, misalnya dari diskrit menjadi kontinyu 4. Mengganti tujuan ganda menjadi tunggal 5. Mengeluarkan unsure-unsur dinamik (membuat model menjadi statik) 6. Mengasumsikan variable random menjadi suatu nilai tunggal. (deterministik) Menurut Sitepu (1994), dalam dunia nyata tidak pernah ada sebuah fenomena alami yang 100% dijelaskan oleh sebuah fenomena lainnya. Secara statistis, tidak pernah dijumpai sebuah variabel yang hanya dijelaskan oleh sebuah variabel lainnya. Akan tetapi, sebuah variabel bisa dijelaskan oleh banyak sekali variabel lainnya, atau secara matematis dinyatakan : = (,,,,, ) Sejauh ini model matematika yang sering digunakan adalah model yang bersifat ordo pertama dan linear dengan satu atau dua variabel peramal. Model linear dalam variabel-variabel X1, X2,..., Xk dapat dituliskan dalam bentuk = (12) Z0 merupakan variabel boneka yang selalu bernilai satu dan biasanya tidak dituliskan (Draper dan Smith, 1992) Model Matematika Sistem Penggulaan dengan Tabung Bertekanan Model matematika yang digunakan untuk mendeskripsikan sistem adalah model regresi logaritmik dan model linear. Model logaritmik digunakan untuk pendekatan deskripsi model peningkatan kadar gula dan penurunan kadar air pada potongan pepaya. Sedangkan model linear digunakan untuk pendekatan deskripsi model perubahan tingkat kekerasan manisan. FTIP001639/045

23 30 Peristiwa perpindahan massa gula terkait dengan perubahan konsentrasi gula antara kedua sisi larutan. Secara teoritik, perubahan konsentrasi di kedua sisi tersebut mendekati bentuk model logaritmik, baik itu peningkatan maupun penurunan. Grafik peningkatan dan penurunan konsentrasi kedua sisi larutan ditunjukkan oleh Gambar 9 berikut: Gambar 10. Model Perubahan Konsentrasi Terhadap Waktu Pada Proses Difusi ( 2011) Perubahan konsentrasi/kadar gula pada manisan akan dimodelkan terhadap waktu, sedangkan faktor-faktor lain tersirat sebagai konstanta variable waktu. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada model umum berikut ini: y = a ln(x) + b...(13) dimana : y = konsentrasi gula akhir a = konstanta faktor-faktor yang berpengaruh terhadap variabel y sejalan dengan perubahan variable x x = variable waktu b = konstanta konsentrasi gula awal FTIP001639/046

24 31 Model di atas hanya menampilkan satu variable yang berpengaruh terhadap output sistem yaitu faktor waktu. Sedangkan faktor-faktor selain itu tersirat di dalam konstanta a. Konstanta ini berbeda-beda pada setiap kondisi faktor-faktor selain faktor waktu. Oleh karena itu, untuk mengetahui konstanta a maka perlu dibuat model penduga konstanta a yang didasarkan pada faktor-faktor yang berpengaruh terhadap konsentrasi akhir selain faktor waktu (x). Pada penelitian ini, model penduga konstanta a dibuat dengan menggunakan regresi linear berganda. Bentuk umum model regresi linear berganda adalah sebagai berikut: Y = a0 + a1x1 + a2x2 + anxn...(14) dimana : Y = konstanta faktor waktu a0 = kontanta regresi a1, a2, an = konstanta faktor 1, konstanta faktor 2, konstanta faktor ke - n X1, X2, Xn = faktor faktor yang berpengaruh terhadap peningkatan kadar gula manisan Model penurunan kadar air manisan menggunakan pendekatan bentuk model sama dengan bentuk model peningkatan kadar gula manisan. Namun yang membedakannya adalah nilai konstanta variable waktu bernilai negatif. Terakhir, model tingkat kekerasan manisan didekati dengan bentuk model regresi linear berganda berikut: Y = a0 + a1x1 + a2x2 + anxn...(15) dimana : Y = tingkat kekerasan manisan a0 = kontanta regresi a1, a2, an = konstanta faktor 1, konstanta faktor 2, konstanta faktor ke - n X1, X2, Xn = faktor faktor yang berpengaruh terhadap perubahan tingkat kekerasan manisan. FTIP001639/047