PENGEMBANGAN METODE PENGUKURAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH JAMBU KRISTAL MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI NIR (NEAR INFRARED) LUTHFI DWI CAHYO

Transkripsi

1 PENGEMBANGAN METODE PENGUKURAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH JAMBU KRISTAL MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI NIR (NEAR INFRARED) LUTHFI DWI CAHYO DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2016

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengembangan Metode Pengukuran Tingkat Kematangan Buah Jambu Kristal Menggunakan Spektroskopi NIR (Near Infrared) adalah benar karya saya dengan arahan dan bimbingan Dr Ir Usman Ahmad, MAgr sebagai pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Oktober 2016 Luthfi Dwi Cahyo NIM F

4

5 ABSTRAK LUTHFI DWI CAHYO. Pengembangan Metode Pengukuran Tingkat Kematangan Buah Jambu Kristal Menggunakan Spektroskopi NIR (Near Infrared). Dibimbing oleh USMAN AHMAD. Jambu biji (Psidium guajava L.) varietas jambu kristal merupakan produk yang banyak dibudidayakan di Indonesia. Pengukuran kematangan jambu kristal masih dilakukan secara manual, sehingga hasil pengukuran kurang akurat, kurang objektif dan destruktif. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dan menentukan korelasi parameter kematangan jambu kristal dengan tingkat kematangan berbeda secara destruktif dan non-destruktif menggunakan metode spektroskopi NIR. Parameter yang diuji adalah total padatan terlarut, kadar air, dan kekerasan daging. Bahan yang digunakan adalah jambu kristal sejumlah 180 buah dengan tiga tingkat kematangan berbeda, masing-masing 60 buah untuk setiap tingkat kematangan. Alat yang digunakan adalah spektrometer NIRFlex N-500 fiber optik solid pada panjang gelombang nm. Pengolahan data NIR dilakukan untuk meningkatkan akurasi prediksi NIR. Model hubungan data reflektan NIR dengan sifat fisiko kimia jambu kristal diolah dengan metode partial least square dengan dua pretreatment yaitu normalization between 0 and 1 dan standart normal variate. Hasil penelitian menunjukkan model terbaik yang dihasilkan dalam memprediksi tingkat kematangan jambu kristal yaitu total padatan terlarut dan kadar air, sedangkan parameter kekerasan daging menghasilkan model yang kurang layak. Kata kunci: jambu, NIR, total padatan terlarut, kadar air, kekerasan daging.

6

7 ABSTRACT LUTHFI DWI CAHYO. Methods Development of Measuring the Maturity Level of the Crystal Guava Fruit Using NIR (Near Infrared) Spectroscopy. Supervised by USMAN AHMAD. Guava (Psidium guajava L.) varieties of crystal guava is a product that is widely cultivated in Indonesia. Measurement of crystal guava maturity is still done manually, so that the measurement results are less accurate, less objective and destructive. This research aims to study and determine the correlation of crystal guava maturity parameters with differs maturity level in destructive and nondestructive use NIR spectroscopy method. The parameters tested were total dissolved solids, moisture content, and flesh hardness. The material used is 180 crystals guava fruit with 3 different maturity level, each 60 pieces for each level of maturity. The tools used are N-500 spectrometer NIRFlex solid optical fiber at a wavelength of nm. NIR data processing is done to improve the accuracy of prediction of NIR. Model NIR reflectance data connection with the physico chemical properties of pink crystals doped with partial least square with two pretreatment methods that normalization between 0 and 1 and standard normal variate. The results showed that the model generated in predicting the level of maturity of crystal guava that total dissolved solids and water content, while the flesh hardness parameters in a model less viable. Keywords: guava, NIR, total dissolved solids, moisture, flesh hardness.

8

9 PENGEMBANGAN METODE PENGUKURAN TINGKAT KEMATANGAN BUAH JAMBU KRISTAL MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI NIR (NEAR INFRARED) LUTHFI DWI CAHYO Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

10

11 Judul Skripsi : Pengembangan Metode Pengukuran Tingkat Kematangan Buah Jambu Kristal Menggunakan Spektroskopi NIR (Near Infrared) Nama : Luthfi Dwi Cahyo NIM : F Disetujui oleh Dr Ir Usman Ahmad, MAgr Pembimbing Skripsi Diketahui oleh Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen Tanggal Lulus:

12

13 PRAKATA Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul dari penelitian ini adalah Pengembangan Metode Pengukuran Tingkat Kematangan Buah Jambu Kristal Menggunakan Spektroskopi NIR (Near Infrared) Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Usman Ahmad, M.Agr selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan serta arahan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Selain itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Segenap dosen Teknik Mesin dan Biosistem telah membantu membentuk kedisiplinan penulis, dan Pemprov Jabar yang telah memberikan bantuan beasiswa selama masa perkuliahan di IPB. Tidak lupa penulis sampaikan terima kasih kepada Asnul Hadi Putra, Reza Febrizal, Syahidul Fitrah, Sri Icfana Haniftio, dan teman-teman dari Teknik Mesin dan Biosistem yang lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu serta Staff Laboratorium Teknik Penanganan dan Pengolahan Hasil Pertanian (TPPHP) yang telah memberikan dukungan serta membantu penulis dalam pengambilan data penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Oktober 2016 Luthfi Dwi Cahyo

14 DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL ix DAFTAR LAMPIRAN ix PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 TINJAUAN PUSTAKA 2 Jambu Kristal 2 Near Infrarred Reflectance (NIR) 5 Metode Kalibrasi dengan Partial Least Square (PLS) 8 Pra-pengolahan Data Spektra NIR 8 METODOLOGI 9 Waktu dan Tempat Penelitian 9 Alat dan Bahan 10 Prosedur Penelitian 11 Pengolahan Data NIR 14 HASIL DAN PEMBAHASAN 15 Hasil Pengkuran Parameter Buah Jambu Kristal 15 Analisis Data Kimia Jambu Kristal Hasil Uji Laboratorium 16 Analisis Reflektan Jambu Kristal 16 Model Kalibrasi Validasi Menggunakan Metode PLS 17 Pengaruh Pengolahan Data Spektra NIR terhadap Model Kalibrasi dan Validasi 17 SIMPULAN DAN SARAN 21 Simpulan 21 Saran 21 DAFTAR PUSTAKA 22 LAMPIRAN 24 RIWAYAT HIDUP 30

15 DAFTAR GAMBAR 1 Jambu kristal 3 2 Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi 5 3 Proses penyinaran infra merah pada sampel 6 4 Prinsip fungsional NIRFlex fiber optik solids 6 5 Deskripsi dari prosedur PLS 8 6 Diagram alir Penelitian 10 7(a) Spektrometer NIRFlex N (b) Pengukuran reflektan NIR 12 7(c) Pengukuran kadar air dengan metode oven 12 7(d) Pengukuran kekerasan 12 7(e) Pengukuran TPT 12 8 Diagram alir proses kalibrasi dan validasi 14 9 Spektra reflektan original buah jambu kristal Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan total padatan 19 terlarut jambu kristal dengan pengolahan N01 11 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kandungan 20 kadar air jambu kristal dengan pengolahan SNV 12 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kandungan kadar air jambu kristal dengan pengolahan N01 21 DAFTAR TABEL 1 Data produksi jambu biji di Indonesia 1 2 Komposisi kimia jambu biji 4 3 Pra-pengolahan data spektra NIR 9 4 Hasil pengujian fisio kimia 15 5 Data kalibrasi dan validasi jambu kristal 16 6 Hasil model kalibrasi pendugaan kandungan kimia jambu kristal berdasarkan nilai reflektan 18 DAFTAR LAMPIRAN 1 Spesifikasi NIRFlex N Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi 25 3 Data hasil pengukuran fisio kimia jambu kristal secara destruktif 27

16

17 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Jambu biji (Psidium guajava L.) merupakan salah satu produk yang banyak digemari dan dibudidayakan di Indonesia. Data produksi jambu biji di Indonesia disajikan pada Tabel 1. Jambu biji mengandung antioksidan primer yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan jeruk, nanas, pisang, buah naga, belimbing, sarikaya, dan jambu air (Yan et al. 2006). Sari buah jambu biji dapat meningkatkan hemoglobin, trombosit, dan eritrosit pada tubuh manusia. Peningkatan hemoglobin dapat terjadi karena sari buah jambu biji mengandung asam amino glisin dan vitamin B6 (Azizahwati 2000). Tabel 1 Data produksi jambu biji di Indonesia No Tahun Produksi (Ton) Sumber: Kementerian Pertanian (2016) Dewasa ini, beberapa varietas baru dari buah jambu biji banyak dibudidayakan. Salah satunya adalah jambu kristal. Jambu biji varietas kristal mempunyai biji yang sangat sedikit (seed less), prosentase berbuah lebih tinggi dibandingkan buah tanpa biji lainnya, warna daging buah putih dengan tekstur renyah saat hampir matang dan empuk saat di puncak kematangan, kadar kemanisan mencapai o brix dan kadar air cukup tinggi (menyegarkan), dan tanaman berbuah sepanjang tahun secara terus-menerus (Hidayat 2012). Seiring berkembangnya sektor pertanian, hasil produk pertanian harus memiliki kualitas yang tinggi dan sesuai dengan standar yang berlaku. Parameter penentuan mutu buah jambu kristal adalah ukuran buah (keseragaman), bentuk buah, warna kulit buah dan tekstur permukaan kulit (Parimin 2007). Jambu kristal termasuk buah klimaterik, sehingga tingkat kematangan, daya simpan, kualitas buah, dan isi kandungan buah (total padatan terlarut, kadar air dan kekerasan daging buah) sangat dipengaruhi oleh waktu pemanenan buah. Saat ini untuk menentukan tingkat kematangan buah jambu kristal masih dilakukan secara manual yaitu dengan melihat warna buah dan menekan badan buah (kekerasan buah). Metode manual seperti ini sering menghasilkan tingkat kesalahan yang tinggi karena tidak konsisten dan tidak akurat (faktor kelelahan mata), serta destruktif (badan buah rusak), apalagi jika jumlah jambu kristal yang ada cukup banyak. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menentukan tingkat kematangan buah jambu kristal adalah penerapan teknologi spektroskopi NIR. Penggunaan spektroskopi NIR yang bersifat non-destruktif merupakan cara untuk mempercepat waktu pengukuran dan dapat dilakukan tanpa merusak produk.

18 2 Perumusan Masalah Saat ini, pengukuran kematangan buah jambu kristal masih dilakukan secara manual sehingga membuat hasil dari pengukuran kematangan tersebut kurang akurat dan kurang objektif akibat keterbatasan visual manusia, serta berpotensi merusak badan buah (destruktif). Oleh karena itu, diperlukan teknologi alternatif non-destruktif yang dapat digunakan untuk pengukuran kematangan buah jambu kristal. Salah satunya adalah teknologi spektroskopi NIR (Near Infrared). Spektroskopi NIR (Near Infrared) dapat digunakan untuk memprediksi kandungan jambu kristal, seperti total padatan terlarut, kadar air dan kekerasan daging buah. Dengan demikian, pengukuran kematangan jambu kristal dapat ditentukan menggunakan spektroskopi NIR (Near Infrared) dengan lebih konsisten, akurat dan non-destruktif. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mempelajari parameter kematangan buah jambu kristal dengan tingkat kematangan berbeda secara destruktif dan non-destruktif menggunakan metode spektroskopi NIR. 2. Menentukan korelasi antara hasil pengukuran non-destruktif berdasarkan spektroskopi NIR dengan hasil pengukuran destruktif pada beberapa tingkat kematangan. TINJAUAN PUSTAKA Jambu Kristal Tanaman jambu kristal secara botanis diklasifikaskan dalam divisi Spermatophyta, subdivisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae, ordo Myrtales, famili Myrtaceae, genus Psidium, dan spesies Psidium guajava L. (Gambar 1). Budidaya jambu kristal ini dikenalkan oleh ICDF (International Cooperation and Development Fund) yang bekerjasama dengan IPB. Jambu biji varietas kristal (Psidium guajava L.) merupakan mutasi dari residu Muangthai Pak, yang ditemukan pada tahun 1991 di district Kao Shiung. Diperkenalkan di Indonesia oleh Misi teknik Taiwan pada tahun 2001, di lokasi proyek Mojokerto dilakukan percontohan budidaya jambu ini (Surya 2010). Jambu biji varietas kristal mempunyai biji yang sangat sedikit (seed less), prosentase berbuah lebih tinggi dibandingkan buah tanpa biji lainnya. Bentuk buahnya bulat agak gepeng, dan pada permukaan buah ada tonjolan yang tidak merata dan daging buah renyah. Jambu kristal memiliki nutrisi yang sangat luar biasa dengan kandungan vitamin A dan C, asam lemak tak jenuh serta sarat pangan, dan kandungan omega 3 dan 6. Setiap 100 g buah jambu biji mengandung 83.3 g air, 1 g protein, 0.4 g lemak, 6.8 g karbohidrat, 3.8 g serat, 337 mg vitamin C. Jumlah energi yang disajikan setiap 100 g buah jambu biji adalah kj (Verheij dan Coronel 1992).

19 3 Gambar 1 Jambu kristal Parameter kandungan kimia pada jambu kristal yang dapat digunakan sebagai acuan pada penentuan kematangan jambu kristal menggunakan teknologi spektroskopi NIR adalah kadar air, total padatan terlarut dan total pektin. Kadar air terdiri atas ikatan O-H, total padatan terlarut yang diindikasikan dengan mengukur kandungan glukosa dan sukrosa dari jambu kristal, dan total pektin yang terdiri atas ikatan kimia CO2H yang dapat mempengaruhi kekerasan jambu kristal. Komposisi kimia jambu kristal disajikan pada Tabel 2. Jambu kristal memang sangat menarik,berikut ini adalah gambaran tentang jambu dan struktur jambu secara umum (Tiara 2011) : a) Tanaman berbuah sepanjang tahun secara terus-menerus. b) Produksi buah dalam sekali berbuah menghasilkan buah, dalam usia tanam 2 tahun per tanaman bisa menghasilkan kg selama 6 bulan. c) Bobot rata rata buah 500 gram bahkan ada yg mencapai 900 gram. d) Bentuk buah simetris sempurna. e) Kulit hijau mulus yang dilapisi lilin yang cukup tebal. Lapisan lilin membuat buah sulit ditembus hama. f) Warna daging buah putih dengan tekstur renyah saat hampir matang dan empuk saat di puncak kematangan. g) Kadar kemanisan mencapai o brix dan kadar air cukup tinggi (menyegarkan). h) Sosok tanaman dan daun relatif lebih besar dibandingkan jambu biji lain. i) Tekstur daun lebih kaku sehingga jambu kristal lebih tahan gangguan kekeringan dan hama penyakit. j) Adaptif dengan lingkungan. Menurut Ahmad (2013), berdasarkan laju dan sifat respirasinya, buah-buahan dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu buah klimakterik dan nonklimakterik. Buah-buahan klimakterik mengalami perubahan laju respirasi meningkat yang mendadak sebelum mengalami proses pematangan. Buah-buahan klimakterik mengalami beberapa perubahan yang terjadi selama proses pematangan yaitu perubahan laju respirasi dan produksi etilen dan perubahan warna kulit buah dari hijau menjadi kuning serta penurunan kekerasan yang terjadi karena adanya perombakan pati menjadi gula. Sementara buah non-klimakterik mengalami laju respirasi yang terus menurun. Buah non-klimakterik harus dipanen tepat saat buah matang karena buah pada kelompok ini cenderung tidak bisa dilakukan pemeraman. Jambu kristal merupakan contoh dari buah klimakterik sehingga diperlukan waktu

20 4 panen yang tepat agar proses pemasakan, daya simpan dan kualitas buah mendapatkan hasl yang optimal. Tabel 2 Komposisi kimia jambu biji Komposisi Kandungan Kadar air (%) 83.3 Kadar abu (%) 16.6 Kadar lemak (%) 0.36 Kadar protein (%) 1.06 Serat kasar (%) 3.8 Pulp (%) 86.5 Gula pereduksi (%) 4.0 Gula nonpereduksi (%) 2.9 Total gula (%) 6.8 Total padatan terlarut (%) 12.0 Rasio gula-asam 10.1 ph 4.7 Asam pektat (%) 0.51 Total pektin (%) 0.99 Calsium (mg %) 17.0 Fosfor (mg %) 28.4 Klorofil (mg %) 0.67 Vitamin A (IU) 250 Karoten (mg %) 0.69 Xantofil (mg %) 0.13 Asam askorbat (mg %) Tiamin (mg %) 0.05 Riboflavin (mg %) 0.03 Niasin (mg %) 1.18 Sumber: Mitra (1997) Umur petik buah sejak berbunga hingga masak kurang lebih 90 hari. Pemanenan jambu kristal yang masak dilakukan dalam 2 sampai 3 bulan. Pemanenan jambu kristal biasanya dipanen sesuai dengan kebutuhan tingkat kematangannya, yaitu 60%, 70%, dan 80%. Rentang tingkat kematangan buah berkisar 3-5 hari. Sehingga waktu pemanenan jambu kristal dapat dilakukan pada umur panen 80 HSBM (hari setelah bunga mekar), 85 HSBM dan 90 HSBM. Buah jambu kristal pada waktu muda kulitnya berwarna hijau pekat dan bila mendekati tahap masak buahnya berwarna hijau muda (lebih cerah). Kulit buah jambu biji ada yang licin dan ada pula yang berbintik kasar dengan sedikit berlapis lilin (Coopack dan Brown 1983). Panen sebaiknya dilakukan di pagi hari, dan hindari panen sore hari. Hal ini disebabkan karena pada pagi hari dapat melihat dengan jelas warna buah, Apabila matahari terlalu panas, maka dapat mempengaruhi penilaian warna buah. Buah

21 5 yang dipetik jangan sampai terbentur, terluka, tertindih atau langsung kena sinar matahari (Surya 2010). Near Infrared Reflectance (NIR) Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari interaksi cahaya dengan atom dan molekul. Radiasi cahaya atau elektromagnetik dapat dianggap menyerupai gelombang (Creswell et al. 2005). Menurut Osborne et al. (1993), Infra merah dekat merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dimana panjang gelombangnya sedikit diatas daerah tampak yaitu antara nm. Selain itu daerah infra merah dekat memiliki energi yang relatif rendah dan stabil, dalam interaksi terhadap molekul-molekul hanya akan menimbulkan vibrasi ikatan inter atomik. Spektroskopi infra merah dekat atau yang biasa disebut Near Infrared (NIR) merupakan salah satu teknik spektroskopi non-destruktif yang menggunakan wilayah panjang gelombang infra merah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 750 sampai 2500 nm). Hal yang utama dari kisaran infra merah dekat ini adalah dapat digunakan untuk analisis komponen dan mendeteksi kualitas bahan (Mohsenin 1984). Menurut Pasquini (2003), Spektroskopi NIR menghasilkan informasi yang bersifat kualitatif dan kuantitatif yang berasal dari interaksi antara gelombang NIR dengan senyawa organik penyusun komoditas seperti air, protein, karbohidrat, atau lemak. Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi (Osborne 1993) Penerapan metode NIR telah lama berkembang terutama untuk keperluan bahan pangan/pertanian, kedokteran/farmasi, minyak dan industri-industri kimia. Untuk bahan pangan dan hasil pertanian seperti kedelai, jagung, beras, daging, telur, ikan, hortikultur (sayur dan buah-buahan). Selain itu, metode NIR dapat digunakan untuk menentukan komposisi kimia seperti kadar air, lemak, asam, gula, protein dan berbagai senyawa lainnya. Spektrometer adalah instumen yang digunakan untuk mengaktifkan energy gelombang elektromagnetik tertentu. Spektrometer memiliki detector yang sesuai dengan daerah gelombang elektromagnetik yang berfungsi untuk menangkap kembali tingkat absorbsi energi oleh sampel. Menurut Osborne et al. (1993),

22 6 konfigurasi dasar suatu spektrofotometer terdiri dari transmitan dan reflektan cahaya yang tersaji pada Gambar 3. Untuk produk yang bersifat tidak tembus cahaya dan buram, pancaran radiasi akan dipantulkan seperti pada cermin. Jika permukaan sampel bersifat tidak rata, maka sudut pantulan radiasi tidak akan sama seperti sudut datangnya radiasi. Sampel yang memiliki banyak kandungan kimia, memiliki ketebalan tinggi, dan bersifat tidak tembus cahaya akan menyerap cahaya dalam jumlah besar saat cahaya mengenainya. Serapan cahaya inilah yang kemudian digunakan sebagai dasar dalam menjabarkan karakteristik bahan. Sementara prinsip fungsional NIRFlex fiber optik solids disajikan pada Gambar 4. Gambar 3 Proses penyinaran infra merah pada sampel reflektan Inframerah Gambar 4 Prinsip fungsional NIRFlex fiber optik solids (Buchi 2006) Keterangan : 1. Sensor magnet 10. Lensa 3 2. Lampu indikator 11. Detektor 3. Tombol start 12. Motor 4. Tangkai 13. Lensa 1 5. Fiber optik 15. Invisible reflectant 7. Pelindung cahaya 16. Adaptor transflektan 8. Penahan fiber optik 17. Magnet 9. Internal reference 18. External reference

23 Cahaya infra merah dekat yang mengenai suatu 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. 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 (Dryden 2003). Semua bahan organik terdiri dari atom-atom utama seperti karbon, oksigen, hidrogen, pospor, dan sulfur. Atom-atom ini terikat secara kovalen dan elektrovalen membentuk molekul-molekul. Ketika molekul-molekul tersebut disinari dengan sumber energi dari luar maka terjadi perubahan energi potensial dalam molekul (Osborne et al. 1993). Sampel yang dikenai radiasi NIR akan menerima energi yang memicu terjadinya getaran dan regangan pada kelompok ikatan atom O-H, N-H, dan C-H yang merupakan komponen utama pembentuk senyawa organik. Sebagian energi akan diserap dan sebagian lainnya akan dipantulkan. Energi yang dipancarkan ke bahan organik sekitar 4% akan dipantulkan kembali oleh permukaan luar (regular refleksion) dan sekitar 96% akan masuk ke dalam bahan kemudian mengalami penyerapan, pemantulan, penyebaran dan penerusan cahaya (Mohsenin 1984). Keunggulan dari gelombang infra merah dekat menurut Osborne et al. (1993) dalam menganalisis bahan makanan yaitu merupakan gabungan antara tingkat ketepatan, kecepatan, dan kemudahan dalam melakukan percobaan (prosedur tidak rumit). Kendala metoda NIR adalah biaya investasi alat yang tinggi. Metoda NIR masih tergolong sekunder karena memerlukan tahap kalibrasi terutama bagi sampel uji yang belum pernah menggunakan metoda ini misalnya tepung ikan, bungkil inti sawit, dan dedak. Metoda NIR sangat membantu pekerjaan analisis yang bersifat rutin, seperti kadar air, serat kasar, protein, dan lemak. Rosita (2001), menerapkan teknologi 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 dari data reflektan NIR. Munawar (2002), menerapkan teknologi NIR untuk menduga kadar gula dan kekerasan buah belimbing. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa NIR dapat menduga kadar gula dan kekerasan buah belimbing dengan baik. Hal ini ditunjukkan dengan koefisien korelasi yang tinggi. Novita (2011), menerapkan teknologi NIR untuk menentukan pola peningkatan kekerasan kulit buah manggis selama penyimpanan dingin. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa pola peningkatan kekerasan kulit buah manggis berdasarkan perubahan kadar air kulit buah dapat ditentukan menggunakan reflektan NIR dengan persamaan y = x x (R2 = 87.4%) untuk penyimpanan selama 28 hari pada suhu 13 ºC dan y = x x (R2 = 70.1%) untuk penyimpanan selama 16 hari pada suhu ruang. Fahri (2015), telah menerapkan teknologi NIR untuk memprediksi kandungan fisiokimia mangga gedong gincu. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa NIR spectroscopy dapat dengan baik memprediksi kandungan fisikokimia mangga Gedong Gincu yang disimpan pada suhu ruang seperti TPT, 7

24 8 kekerasan, keasaman, rasio kandungan gula asam, dan kandungan total padatan non terlarut (serat) dengan metode PLS. Metode Kalibrasi dengan Partial Least Square (PLS) PLS merupakan metode olah data yang berbasis linear. Menurut Zainal (2012), partial least square (PLS) merupakan sebuah metode mereduksi dimensi data untuk mencari faktor-faktor yang paling relevan dalam memprediksi dan menginterpretasi data. PLS digunakan untuk menganalisis data secara kuantitatif antara respon dengan prediktor. Regresi PLS dapat meningkatkan kemampuan model dengan menggunakan variable respon secara aktif dalam dekomposisi bilinear prediktor. PLS fokus pada keragamanan di dalam kovarians di antara respon dan prediktor-prediktor. Dengan jalan menyeimbangkan informasi antara prediktor dan respon, PLS mereduksi dampak dari banyaknya prediktor yang tidak relevan dengan keragaman data. Estimasi kesalahan prediktor dapat ditingkatkan dengan cara validasi silang. Menurut Pandey (2010), PLS menggunakan variabel kombinasi linier dari variabel prediktor dibandingkan variabel asli (Gambar 5). Gambar 5 Deskripsi dari prosedur PLS (Pandey 2010) Langkah awal dari metode PLS adalah pemusatan data matriks X dengan vektor c, dimana dapat dilihat pada Persamaan 1 dan 2 : U = X 1χ (1) υ = c 1c (2) Pra-pengolahan Data Spektra NIR Menurut Buchi (2013), spektra NIR dipengaruhi oleh berbagai parameter. Variasi kimia dan sifat fisik sampel serta proses pengukuran dan perubahan pada spektrometer akan memiliki pengaruh pada spektra. Efek ini terutama akan muncul sebagai masalah dengan tumpang tindih pita serapan, non-linearitas, hamburan cahaya, dan gangguan acak. Salah satu kemungkinan untuk mengatasi masalah ini adalah untuk meningkatkan sinyal dengan transformasi matematika dari spektra menggunakan pretreatments. Pretreatments digunakan untuk meningkatkan kualitas spektra dan untuk meminimalkan efek yang tidak diinginkan. Tabel 3 menunjukan prapengolahan data yang digunakan pada spektra NIR.

25 9 Tabel 3 Pra-pengolahan data spektra NIR Pretreatments Kegunaan Tipe Normalization between 0 and 1 (N01) Mengurangi variasi dasar Panjang gelombang kalibrasi digunakan saat pretreatment ditambahkan; jarak panjang gelombang dapat diubah setelahnya di pretreatment yang dapat berbeda dari MSC full (MF) Standard Normal Variate (SNV) Smoothing Average 3 points (SA3) Derivatives 1st Savitzky-Golay 9 points (Dg1) Derivatives 2nd Savitzky-Golay 9 points (Dg2) Tanpa Pra-pengolahan Mengurangi variasi dasar dan menghilangkan efek hamburan Mengurangi variasi dasar Mengurangi tingkat noise di spektra panjang gelombang kalibrasi Panjang gelombang kalibrasi digunakan saat pretreatment ditambahkan; jarak panjang gelombang dapat diubah setelahnya di pretreatment yang dapat berbeda dari panjang gelombang kalibrasi Panjang gelombang kalibrasi digunakan saat pretreatment ditambahkan; jarak panjang gelombang dapat diubah setelahnya di pretreatment yang dapat berbeda dari panjang gelombang kalibrasi Pretreatment ini tidak tergantung pada panjang gelombang kalibrasi Mengurangi efek dasar, Pretreatment ini tidak meningkatkan puncak tergantung pada panjang serapan yang lebih kecil gelombang kalibrasi dan menghilangkan ordinat linear offset Mengurangi efek dasar, Pretreatment ini tidak meningkatkan puncak tergantung pada panjang serapan yang lebih kecil gelombang kalibrasi dan menghilangkan sloping baseline - Tidak ada perlakuan pretreatment METODOLOGI Waktu dan Tempat Penelitian Kegiatan penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut

26 10 Pertanian Bogor. Waktu pelaksanaan penelitian selama 3 bulan dimulai dari bulan Mei hingga Juli Alat dan Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah buah jambu kristal yang akan diambil dari Kebun Jambu Kristal Bantarjati, Bogor, Jawa Barat. Sampel diambil dengan tiga tingkat kematangan yang berbeda, yaitu tingkat kematangan 1, 2, dan 3 masing-masing 60 buah, dengan umur panen masing-masing 80 HSBM, 85 HSBM dan 90 HSBM. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Spektrometer NIRFlex N-500 fiber optic solids 2. Rheometer yang digunakan untuk mengukur tingkat kekerasan buah buah jambu kristal. 3. Refraktometer yang digunakan untuk mengukur Total Padatan Terlarut (TPT) buah jambu kristal. 4. Oven yang digunakan mengukur kadar air buah jambu kristal. Mulai Buah jambu kristal sebanyak 60 sampel per umur panen: 80 HSBM, 85 HSBM dan 90 HSBM Pengukuran dimensi dan bobot Pengukuran spektrum buah jambu kristal dengan NIRFlex N-500 fiber optic solids Pengujian parameter kematangan : kekerasan daging, TPT, kadar air Pra-pengolahan data spektra NIR : Tanpa pra-pengolahan, SA3, N01, Dg1, Dg2, MSC, dan SNV Mengembangkan model kalibrasi dan validasi menggunakan NIR dengan metode PLS Model prediksi mutu Selesai Gambar 6 Diagram alir penelitian

27 11 Prosedur Penelitian Prosedur penelitian parameter kematangan buah jambu kristal dilakukan dengan beberapa tahap yaitu (1) Persiapan sampel penelitian, (2) Persiapan instrumen NIRS, (3) Pengukuran reflektan NIR, (4) Pengukuran TPT, kadar air, dan kekerasan daging, (5) Pengolahan data spektrum NIR dengan melakukan kalibrasi dan validasi. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 6. Persiapan Sampel Penelitian Pada penelitian ini, sampel yang digunakan adalah jambu kristal dengan jumlah masing-masing 60 buah pada tingkat kematangan berbeda. Sebelum dilakukan pengukuran, jambu kristal terlebih dahulu dibersihkan dari kotoran yang menempel pada bahan kemudian dilakukan pelabelan pada masing-masing umur panen pada jambu kristal, setelah itu diukur dimensinya menggunakan penggaris. Pengukuran diameter jambu kristal dilakukan dengan menggunakan pita ukur. Pada pengukuran berat, jambu kristal ditimbang dengan menggunakan timbangan digital. Persiapan Instrumen NIRS Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrometer NIRFlex N-500 fiber optic solid (Gambar 7(a)). Instrumen NIRFlex N-500 fiber optic solid dinyalakan dan dibiarkan terlebih dahulu sebelum dilakukan pengukuran. Sebelum sampel jambu kristal diukur, terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan software bawaan dari instrument tersebut selama ± 2-3 menit. Software bawaan yang digunakan untuk proses kalibrasi adalah NIRWare operator. Pengukuran Reflektan NIR Jumlah sampel yang diukur sebanyak 60 sampel dari setiap tingkat kematangan. Spektrometer NIRFlex N-500 ditembakkan pada setiap sampel di tiga titik berbeda yaitu pada bagian pangkal, tengah, dan ujung dari setiap sampel dengan panjang gelombang 1000 nm nm (Gambar 7(b)). Sinar yang dipancarkan dari alat tersebut diterima sebagai energi yang memicu terjadinya getaran dan regangan pada kelompok atom O-H, N-H, dan C-H yang mana ikatan atom-atom tersebut merupakan komponen utama pembentuk kandungan organik. Sebagian energi yang diberikan akan diserap untuk melakukan getaran dan regangan alami dan sisanya akan dipantulkan. Pantulan itu akan ditangkap oleh lensa optik yang kemudian direkam oleh detektor sebagai data frekuensi getaran dalam bentuk analog. Informasi tersebut merupakan hasil interaksi gelombang elektronika dengan komponen penyusun bahan komposisi kimia tersebut. Detektor yang mengukur spektrum akan diteruskan untuk disimpan secara langsung ke komputer. Pengolahan data lebih lanjut akan lebih mudah karena data yang tersimpan sudah dalam bentuk digital. Setelah dilakukan pengambilan data non-destruktif, selanjutnya dilakukan pengambilan data secara destruktif yaitu pengujian kadar air, kekerasan daging, dan TPT. Pengukuran Kadar Air Pengukuran kadar air dilakukan dengan metode oven (Gambar 7(c)). Sebelum ditimbang, cawan kosong dimasukkan ke dalam oven untuk meminimalkan kandungan udara atau kotoran mikro yang melekat pada cawan. Kemudian cawan didinginkan di dalam desikator. Cawan yang sudah dingin ditimbang. Setelah itu,

28 12 sejumlah sampel ditimbang di dalam cawan dengan bobot masing-masing 5 gram pada masing-masing cawan. Cawan yang telah diisi sampel simasukkan ke dalam oven bersuhu 105 o C selama 20 jam. Setelah 20 jam, cawan yang berisi sampel dimasukkan ke dalam desikator dan ditimbang. Setelah dingin, kemudian cawan yang berisi sampel dimasukkan lagi ke dalam oven untuk mendapatkan berat yang konstan. Penghitungan kadar air dapat dilakukan dengan Persamaan 3 sebagai berikut. Kadar air (%bb) = Berat awal Berat akhir Berat awal x 100 %...(3) Pengukuran Kekerasan Daging Pengukuran kekerasan daging dilakukan menggunakan rheometer merk Sun Rheo Meter tipe CR 500-DX (Gambar 7(d)). Alat ini diset dengan mode 20, beban maksimal 10 kg, kedalaman penekanan maksimal 10 mm, kecepatan penurunan beban 30 mm/menit, dan diameter probe (jarum) 5 mm. Bahan ditusuk pada bagian daging buah yaitu pada bagian pangkal, tengah, dan ujung (Hubies 1985). Titik penusukan tidak jauh dari titik dimana data reflektan diambil. Hasil dari kekerasan daging buah terbaca secara otomatis pada skala penunjuk yang ada pada rheometer dalam satuan N. (a) (b) (c) (d) (e) Gambar 7(a) Spektrometer NIRFlex N-500, (b) Pengukuran reflektan NIR, (c) Pengukuran kadar air dengan metode oven, (d) Pengukuran kekerasan, (e) Pengukuran TPT

29 13 Pengukuran TPT Pengukuran TPT (total padatan terlarut) dilakukan dengan menggunakan refraktometer merk Atago (Gambar 7(e)). Lensa pada buah jambu kristal yang sudah dibelah diambil dagingnya, kemudian dihaluskan (ditumbuk) dan diperas untuk didapatkan substratnya. Substrat buah yang dihasilkan kemudian diletakkan di atas lensa pada refraktometer. Setelah menekan tombol start, secara otomatis akan muncul nilai TPT pada layar refraktometer. Nilai TPT dinyatakan dalam satuan o Brix. Setiap selesai melakukan pembacaan hasil, lensa pada refraktometer dibersihkan menggunakan aquades dan dikalibrasi sampai nilai yang terbaca di layar refraktometer menunjukkan angka 0. Pengolahan Data Spektrum NIR dengan Melakukan Kalibrasi dan Validasi Data-data yang diperoleh selanjutnya diolah dan dianalisis dengan menggunakan bantuan Microsoft Excel dan software bawaan dari alat NIRFlex N- 500 merk BUCHI, yaitu NIRWare Management Console dan NIRCal 5. Microsoft Excel digunakan untuk memasukkan data yang diperoleh dari pengujian destruktif yaitu data yang diperoleh dari pengujian TPT, kadar air, dan kekerasan daging. Data-data tersebut diambil rata-ratanya kemudian dimasukkan ke NIRWare Management Console. NIRCal 5 digunakan untuk membuat bentuk dan model kalibrasi antara data reflektan terhadap hasil uji destruktif dengan menggunakan metode partial least squares (PLS). Adapun keluaran yang dihasilkan dari analisis data penelitian dari metode kalibrasi multivariatif tersebut dengan menggunakan software NIRCal 5 berupa data dugaan, grafik, dan regresi kalibrasi antara data reflektan NIR dengan nilai hasil dari pengujian destruktif. Kalibrasi merupakan tahapan membangun model yang menghubungkan respon spektrum dari masing-masing sampel pada tiap panjang gelombang terhadap konsentrasi kimia yang diketahui dari analisis laboratorium sedangkan validasi merupakan uji terhadap kalibrasi. Kalibrasi dan validasi ini dikembangkan dengan metode PLS. Prediksi kematangan buah dikalibrasi dengan metode PLS dengan membuat hubungan antara respon spektrum terhadap kandungan air, TPT, dan kekerasan daging jambu kristal. Jumlah data yang digunakan dalam kelompok kalibrasi sekitar 2/3 dan validasi 1/3 dari total data pada setiap umur panen. Data spektrum dibagi menjadi dua yaitu kelompok kalibrasi dan kelompok validasi yang menggunakan spektrum yang berasal dari sampel yang sama. Tahapan proses kalibrasi dan validasi dapat dilihat pada Gambar 8. Model kalibrasi yang dikembangkan menggunakan metode PLS dengan faktor yang optimum berdasarkan konsistensi. Nilai konsistensi dalam kisaran % (Buchi 2006). Nilai konsistensi dihitung dengan Persamaan 4 sebagai berikut. Konsistensi (%) = SEC SEP x 100 %...(4) Ketelitian merupakan ukuran kedekatan data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran sampel yang sama. Semakin tinggi tingkat ketelitian maka nilai dari data ulangan tersebut hampir sama. Ketepatan merupakan ukuran kedekatan data yang diperoleh dari hasil pengukuran dengan nilai data yang sebenarnya. Semakin tinggi tingkat ketepatan maka semakin dekat dengan nilai sebenarnya. Ketepatan dan ketelitian metode NIR dalam memprediksi kematangan jambu kristal dikaji dari

30 14 kriteria yang telah ditetapkan oleh Liew dan Lau (2012) yaitu dari r (koefisien korelasi), SEC (standard error of calibration set), SEP (standard error of validation set) dan RPD (ratio of standard error of prediction to deviation). Mulai Kalibrasi Sampel Validasi Reflektan NIR Pengolahan data NIR TPT, Kadar air, Kekerasan daging Reflektan NIR Pengolahan data NIR TPT, Kadar air, Kekerasan daging Proses kalibrasi Validasi Tidak Konsistensi (80-110%) Ya Model kalibrasi PLS Tidak r > 0.8, SEP ~ 0, SEC < 0, RPD > 1.5 Selesai Ya Gambar 8 Diagram air proses kalibrasi dan validasi Pengolahan Data NIR Hasil kalibrasi dan validasi reflektan NIR tanpa pra-pengolahan data tidak akan menghasilkan kalibrasi dan validasi yang baik, sehingga data yang diperoleh dari hasil pengukuran reflektan NIR perlu diolah lebih lanjut karena selama proses pengambilan data, banyak faktor eksternal yang mempengaruhi seperti noise. Pra-pengolahan data yang digunakan adalah normalization between 0 and 1 dan standart normal variate. Normalization between 0 and 1 bertujuan untuk

31 15 mengurangi error yang disebabkan perbedaan ukuran partikel ataupun noise saat pengukuran. Perhitungan pra-pengolahan N01 tersaji pada Persamaan 5. Nilai normalisasi = nilai aktual nilai minimal...(5) nilai maksimal nilai minimal SNV menghilangkan variasi dari spektrum yang disebabkan oleh proses scatter dan ukuran partikel. Transformasi yang digunakan pada masing-masing spektrum dengan mengurangi mean dari spektrum dan dibagi dengan standar deviasi spektrum. Perhitungan pra-pengolahan SNV tersaji pada Persamaan 6. X ij, SNV = (X ij.x i) 2 p (X ij.x i )2 i=1 p 1...(6) Dimana xij, SNV adalah transformasi dari nilai asli xij, dan xi adalah mean dari spektrum I dan p adalah jumlah variabel spektrum. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengukuran Parameter Kematangan Buah Jambu Kristal Pengukuran parameter kandungan fisikokimia jambu kristal secara destruktif meliputi pengukuran total padatan terlarut (TPT), kadar air, dan kekerasan daging. Buah jambu kristal terdiri dari air, protein, lemak, dan karbohidrat. Karbohidrat terdiri dari pati, gula, dan pektin. Pada buah yang masih muda seperti apel, mangga, pisang, jambu biji mengandung pati. Kandungan pati beberapa buah akan terus bertambah selama pendewasaan sel. Kandungan gula dan kadar air beberapa jenis buah-buahan klimaterik seperti jambu kristal, kadang akan meningkat selama pendewasaan sel (Muchtadi et al. 2010). Zainal (2012), menjadi lunaknya buah disebabkan oleh perombakan protopektin yang tak larut menjadi pektin yang larut atau hidrolisis pati atau lemak. pada buah-buahan terdapat dinding sel, dimana senyawa dinding sel terdiri dari atas selulosa, hemiselulosa, pektin, dan lignin. Terjadinya pengempukan buah atau pelunakan buah diakibatkan oleh degradasi hemiselulosa dan protopektin. Hasil data uji laboratorium tersaji pada Tabel 4. Umur Panen Jumlah Sampel Tabel 4 Hasil pengujian fisio kimia Berat TPT Kadar Air (g) ( o Brix) (%) Kekerasan Daging (N) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.48

32 16 Berdasarkan data pada tabel tersebut, diketahui untuk nilai total padatan terlarut (TPT) dan persentasi kadar air, semakin bertambah tingkat umur kematangan, maka semakin bertambah pula nilai TPT dan persentasi kadar air yang diperoleh. Sementara untuk kekerasan daging, semakin bertambah tingkat umur kematangan, maka semakin menurun nilai kekerasan daging. Analisis Data Kimia Jambu Kristal Hasil Uji Laboratorium Pengujian komposisi jambu kristal secara destruktif digunakan sebagai data acuan (referensi) dalam pengembangan model kalibrasi. Data destruktif yang dihasilkan sangat menentukan keberhasilan pendugaan nilai parameter mutu dengan menggunakan NIR. Tabel 5 menunjukkan data kalibrasi dan validasi jambu kristal. Analisis data komposis kimia jambu kristal seperti TPT, kadar air dan kekerasan daging dilakukan dengan menggunakan data reflektan (R). Parameter Tabel 5 Data kalibrasi dan validasi jambu kristal Tahap Penelitian Jumlah Data Rataan St. Dev Minimum Maksimum TPT Kalibrasi ( o Brix) Validasi Kadar Air Kalibrasi (%) Validasi Kekerasan Daging (N) Kalibrasi Validasi Metode kalibrasi yang digunakan adalah PLS. Data kalibrasi yang digunakan adalah 2/3 dari keseluruhan jumlah sampel (180 sampel), sedangkan 1/3 dari sampel digunakan untuk data validasi sehingga untuk kalibrasi digunakan 120 sampel dan untuk validasi digunakan 60 sampel. Data validasi harus berada di dalam kalibrasi karena digunakan untuk menguji tingkat keakuratan model kalibrasi yang dibangun. Analisis Reflektan Jambu Kristal Komposisi kimia yang diteliti meliputi TPT, kadar air, dan kekerasan daging. Data yang dihasilkan berupa data reflectance (pantulan). Panjang gelombang yang digunakan pada pengukuran spektra adalah nm. Kemudian pola spektrum diidentifikasi informasi kandungan kimianya. Berikut hasil grafik spektra reflektan jambu kristal sebanyak 180 sampel (Gambar 9). Berdasarkan grafik pada Gambar 9, tersaji bahwa kandungan kadar air yang terdiri atas ikatan O-H menyerap pada panjang gelombang 1450 nm dan 1940 nm. Hal ini menunjukkan bahwa jambu kristal memilki banyak kandungan air. Pada panjang gelombang 1480 nm dan 1580 nm terdapat kandungan glukosa dan pada panjang gelombang 2080 nm tampak terdapat kandungan sukrosa. Adanya kandungan glukosa dan sukrosa mengindekasikan bahwa jambu kristal dapat diprediksi melalui kandungan TPT. Sementara kekerasan berada panjang gelombang 1900 nm yang ditandai dengan adanya ikatan kimia CO2H. Ikatan CO2H merupakan ikatan penyusun pektin. Penyerapan pektin yang larut dalam air dapat

33 17 menyebabkan terjadinya penurunan kekerasan. Pada grafik tersebut, hampir semua sampel jambu kristal menunjukkan bentuk spektrum yang sama tetapi memiliki tingkat reflektan yang berbeda-beda sehingga dapat diketahui bahwa setiap jambu kristal mengandung beberapa komposisi kimia. Pada umumnya spektra yang diperoleh dari ketiga bagian kulit jambu kristal berupa tiga spektra yang tidak berimpit atau nilainya tidak sama. Hal ini dapat disebabkan oleh perbedaan ukuran partikel pada bagian buah. Maka dari itu, perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut agar ketiga spektra terlihat lebih berhimpit yang artinya nilainya hampir sama. Data spektra dari reflektan NIR digunakan sebagai data untuk memprediksi kandungan jambu kristal. Gambar 9 Spektra reflektan original buah jambu kristal Model Kalibrasi Validasi Menggunakan Metode PLS Dalam membangun model kalibrasi dilakukan dengan menggunakan metode PLS dengan pengolahan data dan jumlah faktor PLS optimum yang diaplikasikan pada spektrum NIR (Andasuryani et al. 2013). Model kalibrasi yang diperoleh merupakan hubungan antara data reflektan NIR dengan hasil analisis laboratorium. Model kalibrasi terbaik ditentukan dengan parameter r, SEC, SEP, dan RPD (Lammertyn et al. 2013). Pengaruh Pengolahan Data Spektra NIR terhadap Model Kalibrasi dan Validasi Spektra gelombang terdapat ratusan ribu gelombang yang memiliki berbagai macam informasi. Informasi yang disampaikan tidak hanya informasi penting, tetapi juga terdapat noise dan background yang dapat memperjelek hasil prediksi. Selain itu, menurut Andasuryani (2013), dalam satu panjang gelombang terdapat dua atau lebih gelombang yang bisa memberikan informasi yang hampir mirip, sehingga untuk mengurangi kekurangan-kekurangan tersebut, diperlukan pengolahan data spektra NIR. Dalam pengolahan data spektra NIR, jumlah faktor

34 18 PLS juga sangat berpengaruh dalam mengembangkan model kalibrasi yang baik. Penentuan jumlah faktor PLS berdasarkan nilai konsistensi bernilai antara 80% - 110%. Hasil model kalibrasi pendugaan kandungan kimia jambu kristal berdasarkan nilai reflektan tersaji pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil model kalibrasi pendugaan kandungan kimia jambu kristal berdasarkan nilai reflektan. Pra-pengolahan Data Faktor Set Kalibrasi Set Validasi Spektra PLS r SEC (%) R SEP (%) RPD Total Padatan Terlarut Tanpa Pra-pengolahan SA N Dg Dg MSC SNV Kadar Air Tanpa Pra-pengolahan SA N Dg Dg MSC SNV Kekerasan Daging Tanpa Pra-pengolahan SA N Dg Dg MSC SNV Parameter evaluasi model pendugaan kandungan kimia dinyatakan dengan SEC (standar eror kalibrasi), SEP (standar eror prediksi), dan r (koefisien korelasi). Koefisien korelasi (r) dapat digunakan untuk menentukan seberapa besar korelasi antara data reflektan spektra NIR dengan data referensi (hasil uji laboratorium). Hubungan antara variabel x dan y kuat, apabila r mendekati 1. Jika r mendekati -1, maka hubungan antara variabel x dan y lemah, dan hubungan antara variabel x dan y lemah atau hampir sama, jika r benilai 0. Selan itu, parameter lain yang digunakan adalah RPD (ratio of standard error of prediction to deviation) (Tabel 6). RPD adalah nisbah SD (standar deviasi) komponen kimia acuan terhadap nilai SEP. Nilai RPD yang besar dari 1.5 dinyatakan model pendugaan layak, 2 dan 3 menyatakan persamaan baik untuk pendugaan kasar (rough screening), diantara 3 dan 5,

35 19 potensial untuk pendugaan (screening potential), antara 5 dan 8, dapat digunakan untuk analisis kontrol dan lebih besar dari 8 persamaan cocok untuk aplikasi analisis (Williams 1990; William dan Sobering 1993; Kahriman dan Egesel 2011). Nilai SEC, SEP dan RPD dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 7, 8 dan 9 sebagai berikut. SEC= SD n...(7) SEP= SD n...(8) RPD= SD SEP...(9) Data spektra reflektan NIR jambu kristal yang telah diolah dengan metode PLS dan pra-pengolahannya dijadikan sebagai data prediksi, sedangkan data pengukuran jambu kristal secara destruktif digunakan sebagai data referensi. Model persamaan yang digunakan pada hubungan data prediksi dengan data referensi berupa persamaan kalibrasi yang telah diuji dengan data validasi. TPT TPT prediksi ( o brix) r k = 0.85 SEC = 0.47 SEP = 0.47 RPD = 1.91 n = 540 y = x R² = kalibrasi validasi TPT referensi ( o brix) Gambar 10 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan total padatan terlarut jambu kristal dengan pengolahan N01. Model pendugaan total padatan terlarut yang terbaik menggunakan pengolahan data Normalization between 0 and 1 (N01) dengan persamaan y = x dan jumlah faktor PLS-nya 12. Model kalibrasi dan validasi dengan pengolahan N01 menggunakan metode PLS menghasilkan koefisien korelasi (rk) 0.85 dan kolerasi (rv) Nilai r yang mendekati 1 mengindikasikan bahwa hubungan antara variabel x (data referensi) dan variabel y (data prediksi) yang kuat (Kleinbaum et al. 2008). Nilai SEC dan SEP yang diperoleh yaitu 0.48% dan 0.49%. Selisih antara SEC dan SEP 0.01%. Nilai RPD dari hasil pendugaan sebesar Semua nilai pendugaan TPT sesuai dengan persyaratan, sehingga pendugaan TPT menggunakan pengolahan data N01 dengan metode PLS dinyatakan layak dan cukup akurat. Gambar 10 memperlihatkan hasil kalibrasi dan

36 20 validasi pendugaan total padatan terlarut jambu kristal menggunakan pengolahan data N01. Kadar Air Model kalibrasi yang digunakan untuk menduga nilai kadar air yang terbaik menggunakan pengolahan data Standart Normal Variate (SNV) dengan persamaan y = x dan jumlah faktr PLS-nya 9. Model kalibrasi dan validasi dengan pengolahan SNV menggunakan metode PLS menghasilkan koefisien korelasi (r) Nilai r yang mendekati 1 mengindikasikan bahwa hubungan antara variabel x (data referensi) dan variabel y (data prediksi) kuat (Kleinbaum et al. 2008). Nilai SEC dan SEP yang diperoleh yaitu 0.42% dan 0.44%. Selisih antara SEC dan SEP 0.02%. Nilai SEC dan SEP yang rendah mengindikasikan bahwa pemodelan kalibrasi baik dalam memprediksi tingkat kematangan jambu kristal dan RPD yang dihasilkan berada di kisaran model pendugaan yang layak yaitu diatas 1.5 yaitu sebesar Semua nilai pendugaan kandungan kadar air sesuai dengan persyaratan, sehingga pendugaan kadar air menggunakan pengolahan data SNV dengan metode PLS dinyatakan layak dan cukup akurat. Gambar 11 memperlihatkan hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kandungan kadar air jambu kristal menggunakan pengolahan data SNV. Kadar air prediksi (%) Kadar air referensi (%) Gambar 11 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kandungan kadar air jambu kristal dengan pengolahan SNV Kekerasan Daging r k = 0.83 SEC = 0.42 SEP = 0.44 RPD = 1.82 n = 540 y = x R² = kalibrasi validasi Model pendugaan kekerasan daging menggunakan pengolahan data Normalization between 0 and 1 (N01) dengan persamaaan y = x dan jumlah faktor PLS-nya 11. Model kalibrasi dan validasi dengan pengolahan N01 menggunakan metode PLS menghasilkan koefisien korelasi (rk) 0.76 dan kolerasi (rv) Nilai r yang didapatkan mengindikasikan bahwa hubungan antara variabel x (data referensi) dan variabel y (data prediksi) kurang kuat. Nilai SEC dan SEP yang diperoleh yaitu 0.46% dan 0.5%. Selisih antara SEC dan SEP 0.04%. RPD yang dihasilkan berada di atas model pendugaan yang cukup layak yaitu 1.52.

37 21 Nilai SEC dan SEP yang rendah mengindikasikan bahwa pemodelan kalibrasi baik dalam memprediksi tingkat kematangan jambu kristal. Nilai kolerasi yang kurang baik mengindikasikan bahwa pendugaan kekerasan daging kurang layak dan tidak akurat, walaupun nilai SEC dan SEP menunjukan hampir sama dengan 0 dan nilai RPD di atas 1.5. Gambar 12 memperlihatkan hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kekerasan daging jambu kristal menggunakan pengolahan data N01. Kekerasan daging prediksi (N) r k = 0.76 SEC = 0.46 SEP = 0.5 RPD = 1.52 y = x R² = kalibrasi validasi Kekerasan daging referensi (N) Gambar 12 Hasil kalibrasi dan validasi pendugaan kekerasan daging jambu kristal dengan pengolahan N01 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa NIR spectroscopy mempunyai hubungan dengan tingkat kematangan (kandungan fisiokimia) jambu kristal dari berbagai umur secara non-destruktif melalui pendugaan nilai TPT (y = x ) dan kadar air (y = x ). Pendugaan TPT dan kadar air mempunyai korelasi yang cukup baik antara nilai referensi dengan nilai prediksi, untuk pendugaan TPT memiliki nilai r = 0.85, SEC = 0.47, SEC = 0.47, RPD = 1.91 dan pendugaan kadar air memiliki nilai r = 0.83, SEC = 0.42, SEC = 0.44, RPD = 1.82 dengan nilai selisih SEC dan SEP dari kedua parameter relatif kecil. Saran Penelitian ini perlu menambahkan kategori umur panen sampel, agar mendapatkan nilai kalibrasi dan validasi yang lebih baik. Selain itu, penelitian ini juga perlu perbaikan teknik sampling reflektan NIR. Berdasarkan cara kerja spektrometer NIRFlek N-500 fiber optic solids, setiap pengukuran reflektan diulang 3 kali sehingga diperoleh 3 set data. Dengan pertimbangan bahwa kondisi setiap

38 22 bagian buah tidak sama maka sebaiknya pengukuran 3 set data reflektan tersebut berada pada luasan tertentu untuk mengurangi perbedaan nilai spektra. Hal ini perlu dilakukan sebab dalam proses kalibrasi dan validasi dengan program NIRCal 5.2, nilai 3 set data reflektan hanya akan dibandingkan dengan 1 nilai rata-rata data destruktif. DAFTAR PUSTAKA Ahmad. U Teknologi Penanganan Pascapanen Buahan dan Sayuran. Yogyakarta (ID): Graha Ilmu. Andasuryani, Purwanto YA, Budiastra IW, Syamsu K Non Destructive and Rapid Analysid of Catechin Content in Gambir (Uncaria gambir Robxb.) Using NIR Spectroscopy. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(9) : Azizahwati Manfaat sari buah jambu biji (Psidium guajava L.) dalam meningkatkan kadar hemoglobin, jumlah eritrosit, dan trombosit darah. Di dalam: Prosiding Seminar Nasional XVII Tumbuhan Obat Indonesia; Maret 2000; Semarang; Indonesia. Semarang: Badan Penerbit Universitas Diponegoro. Hlm [BC] Buchi Corporation Operation Manual NIRFlex N-500. Flawil (CH): Buchi Corporation. Buchi Labortechnik AG Operation Manual NIRCal 5.5. Flawil (CH): Buchi Labortechnik AG. Coopack G.E.E dan G.K. Brown Tropical and Subtropical Fruit Harvesting. Di dalam : O Brien, M., F.C. Burton,, dan BF. Roberts (eds.). Principles and Practices for Harvesting and Handling Fruit and Nuts. AVI Publishing Co., Inc., Westport, Connectiunt, USA. Creswell CJ, Runquist OA, Campbell MM Analisis spectrum senyawa organik. Bandung (ID): Penerbit ITB. Dryden GM Near Infrared Reflectance Spectroscopy : applications in deer nutrition. rural industries research and development corporation. Kingston. Australia. Fahri N Prediksi Kandungan Fisikokimia Mangga Gedong Gincu Menggunakan Spektroskopi NIR [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Hidayat P Budidaya Jambu Biji dan Jambu Kristal. Bandung (ID): Alphabeta. Hubies M Penuntun Praktikum Pengawasan Mutu Pangan. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kementerian Pertanian Data Produksi Holtikultura Nasional. Jakarta (ID): Kementerian Pertanian Indonesia. Kleinbaum DG, Kupper LL, Nizam A, Muller KE Applied regression analysis and other multivariable methods. Ed ke-4. Thomson higher education 10 davis drive belomnt. Amerika Serikat (US): Duxbury. hlm 1-8.

39 23 Lammertyn J, Peirs A, Beardemarker JD, Nicolai B Ligtht penetration properties NIR radiation in fruit with respect to non-destructive quality assessment. Postharv Biol & Technol. 18: Lengkey, LCEC Pengembangan metode penentuan kandungan kimia Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) menggunakan spektroskopi infra merah dekat [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Mitra S Post Harvest Phsyiology and Storage of Tropical and Subtropical Fruits. New York (NY): CAB Internasional. Mohsenin NM Electromagnetic Radiation Properties of Food and Agricultural Products. New York (NY). Gordon and Breach Science Publisher. Muhtadi, T. R, Sugiono, Ayustaningwarno, F Ilmu Pengetahuan Bahan Pangan. Bandung (ID): Alfabeta. Munawar AA Pendugaan Kadar Gula dan Kekerasan Buah Belimbing Manis dengan Teknologi NIR [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Novita DD Penentuan Pola Peningkatan Kekerasan Kulit Buah Manggis selama Penyimpanan Dingin dengan Metode NIR Spectroscopy [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Osborne BG, Fearn T, Hindle PH Practical NIR Spectroscopy : with applications in food and beverage analysis. 2nd ed. Singapore (SG). Longman Singapore Publishers (Pte)Ltd. Parimin Jambu Biji : Budidaya dan Ragam Pemanfaatannya. Jakarta (ID): Penebar Swadaya. Pandey MM, editor Nondestructive evaluation of food quality: theory and practice. New York (NY): Springer Heidelberg Dordrecht. Pasquini C Near infrared spectroscopy: fundamentals, practical aspects and analycal applications. J Braz Chem Soc 14: Rosita Prediksi Mutu Buah Duku dengan Metode NIR ) [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Surya S Budidaya Jambu Kristal dan Sejarahnya. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Tiara V Studi Kelayakan Bisnis Tanaman Buah Jambu Kristal Pada Kelompok Tani Desa Cikarawang, Kecamatan Dramaga, Kabupaten Bogor.[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor Verheij EWM, Coronel RE Plant Resources of South-East Asia No.2: Edible Fruits and Nuts. Bogor (ID): Prosea Foundation. Hlm Williams P, Norris K Near infrared technology in the agricultural and food Industries. Journal of Fod Engineering. 100: Yan LY, Teng LT, Jhi TJ Antioxidant properties of guava fruit: comparison with some local fruits. Sunway Academic Journal. (3):9 20. Zainal PW Deteksi chilling injury pada buah mangga gedong gincu dengan menggunakan near infrared spectroscopy [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

40 24 Lampiran 1 Spesifikasi NIRFlex N-500 Sumber : Buchi 2006

41 Lampiran 2 Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi 25

42 26 Lanjutan Lampiran 2 Sumber : Osborne et al. (1993)

43 27 Lampiran 3 Data hasil pengukuran fisio kimia jambu kristal secara destruktif Umur Panen 80 Hari Umur Panen 85 Hari Umur Panen 90 Hari Sampel Kadar Kadar Berat TPT Kekerasan Berat TPT Kekerasan Berat TPT Kekerasan (g) ( o Air Brix) Daging (N) (g) ( (%) o Air Brix) Daging (N) (g) ( (%) o Brix) Daging (N) Kadar Air (%) 27

44

45 RATAAN St.Dev Max Min

46 30 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bantul pada tanggal 24 Juli 1994 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan Azam Sulistiyo dan Kasih, dengan kakak yang bernama Putri Asih Sulistiyo dan adik yang bernama Fitria Rahmani Dewi. Pendidikan formal yang ditempuh penulis yaitu SD Muhammadiyah Haurgeulis, Kab. Indramayu lulus pada tahun 2006, SMP Muhammadiyah Haurgeulis, Kab. Indramayu lulus pada tahun 2009, SMA Negeri 1 Anjatan, Kab. Indramayu lulus pada tahun 2012 dan pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor sebagai pilihan pertama. Selama menempuh pendidikan di jenjang S1, penulis pernah mengikuti kegiatan kepanitiaan seperti SAPA 2014 dan Agro Mechanical Fair (AMF) 2014 sebagai anggota divisi Acara. Penulis aktif sebagai anggota Himpunan Profesi Mahasiswa Teknik Mesin dan Biosistem HIMATETA sebagai anggota RnD dan anggota Ikatan Dharma Ayu di Bogor (IKADA). Penulis juga terdaftar sebagai penerima Beasiswa Pemprov Jabar tahun , dan asisten praktikum dalam mata kuliah Motor Bakar dan Tenaga Penggerak (Motep), Teknologi Pengolahan Pangan (TPP), Teknik Budidaya Mesin Pertanian (TMBP), dan Gambar Teknik (Gamtek). Penulis mengikuti kegiatan praktik lapangan pada tahun 2015 di PT Madubaru, PG Madukismo, Bantul, Yogyakarta.