METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 22 METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2011 sampai April 2012 dan tempat pelaksanaan sebagai berikut: 1. Studi Lapangan di Kabupaten Gowa (Desa Lonjo boko, Kecamatan Parangloe) dan Kabupaten Takalar (Desa Ko mara, Kecamatan Polongbangkeng Utara), Sulawesi Selatan. 2. Laboratorium Pindah Panas dan Massa dan Laboratorium Teknologi Pengolahan Pangan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB Bogor. 3. Pusat Studi Biofarmaka, Kampus IPB Taman Kencana. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan adalah tanaman secang (Caesalpinia sappan L.) yang tumbuh liar dan diperoleh dari Kabupaten Gowa (Desa Lonjo boko) dan Kabupaten Takalar (Desa Ko mara), Sulawesi Selatan. Sedangkan, bahan pendukung yang digunakan untuk analisa kimia adalah ethanol, larutan kloroform, aquades, alkohol, asam asetat glasial, asam borat, asam oksalat, dan lain-lain. Alat utama yang digunakan adalah software program Design Expert 8.0, mesin pengering berakuisisi, oven drying, parang, dan HPLC. Sedangkan alat pendukung yang digunakan adalah sebagai berikut : 1) timbangan digital, 2) desikator, 3) cawan aluminium, 4) seperangkat komputer, 5) refrigerator, 6) desikator, 7) ph meter, 8) cawan porselen, 9) labu ukur, 10) erlenmeyer, 11) alat destilasi, 12) pipet, 13) spatula, 14) gelas piala, 15) tanur listrik, 16) wadah, 17) kertas saring, dan lain-lain. Prinsip Kerja Mesin Pengering Berakuisisi Fungsi utama mesin pengering beraukuisisi adalah untuk mengkondisikan ruangan (chamber) agar berada dalam suhu dan kelembaban yang diinginkan. Prinsip kerja mesin pengering berakuisisi didasarkan pada udara panas yang dihembuskan ke bahan seperti dapat dilihat pada Gambar 6. Udara panas yang masuk ke dalam ruang memiliki suhu dan kelembaban relatif (RH) tertentu yang

2 23 dapat dikontrol sesuai kebutuhan. Udara panas berasal dari elemen listrik yang berada pada ruang heating unit dan berkapasitas 2000 W. Sedangkan untuk kontrol RH digunakan humidifier yang berupa pembangkit steam dengan cara memanaskan air dalam ruang humidifier. Pemanasan air ini menggunakan heater listrik dengan kapasitas 2000 W. Udara panas yang basah dari ruang air heater akan didorong oleh blower ke dalam ruang terkondisi. Kecepatan udara yang masuk dalam ruang terkondisi dapat diatur dengan menarik atau memundurkan tuas pada bagian flow controller. Microprosessor Controller Humidifier Electrical Fan Heating Unit Airflow Regulator PC Drying Chamber Scale Gambar 6 Diagram alir mesin pengering berakuisisi Untuk mencapai dan menjaga kondisi ruangan agar sesuai dengan setpoint, diimplementasikan dua buah subsistem kontrol yang independent yaitu kontrol suhu dan kontrol RH. Kontrol suhu menggunakan algoritma PID (proportional-integralderivative) yang dalam mengambil keputusan aksi kontrol mempertimbangkan: 1. P : selisih antara kondisi aktual dan setpoint (error) 2. I : jumlah dari selisih antara kondisi aktual dan setpoint 3. D : kecepatan perubahan kondisi Subsistem pengontrol suhu akan mengeluarkan perintah on/off untuk heater sesuai perhitungan berdasarkan algoritma PID tersebut. Kontrol RH mengunakan algortima PD (proportional-derivative). Subsistem pengontrol RH

3 24 akan mengeluarkan perintah ke steamer untuk on/off sesuai dengan hasil formula PD tersebut. Penimbangan massa bahan dilakukan secara otomatis oleh mesin. Selang waktu penimbangan dapat diatur sesuai kebutuhan. Pada saat penimbangan, blower akan mati sehingga tidak ada udara yang masuk ke ruang pengering. Data hasil penimbangan akan langsung terekam (terakuisisi). Cara Pengoperasian Mesin Pengering Berakuisisi 1. Nyalakan saklar 2. Masukkan wadah dan zero-kan timbangan 3. Atur suhu, RH, dan selang waktu penimbangan yang diinginkan 4. Nyalakan blower dengan memilih menu CTRH = 1 5. Masukkan wadah dan bahan saat suhu dan RH sesuai dengan pengaturan 6. Mulai pengukuran dengan memilih menu: START 7. Hentikan pengukuran ketika massa bahan sesuai dengan Berat Kering Tanur (BKT) estimasi dengan memilih menu: STOP PERCOBAAN 8. Matikan blower dengan memilih menu: CTRH = 0 9. Matikan saklar Metode Penelitian Penelitian ini secara garis besar dibagi menjadi tiga tahap yaitu: Penelitian Tahap I Penelitian tahap I ini dilakukan untuk mengetahui kandungan brazilin optimum yang terdapat pada sampel kayu secang dengan 3 jenis potongan berbeda. Sampel diambil dari dataran tinggi (Desa Lonjo boko, Kabupaten Gowa) dan dataran rendah (Desa Ko mara, Kabupaten Takalar). Diagram alir penelitian tahap I dapat dilihat pada Gambar 8. Pemanenan Kayu Secang Pemanenan kayu secang menggunakan parang yang bebas dari korosi, dengan menebang batang kayu secang yang berukuran cukup besar (diasumsikan oleh masyarakat, memiliki bagian inti kayu berwarna merah yang lebih optimal). Pemanenan dilakukan oleh empat orang: 1 orang sebagai penebang, 3 orang sebagai pengumpul.

4 25 Penanganan Pasca Panen Kayu Secang Langkah selanjutnya adalah menghilangkan duri, kulit luar dan lapisan cambium (bagian kayu yang berwarna keputih-putihan) sehingga diperoleh bagian kayu secang yang berwarna merah (inti kayu) seperti yang terlihat pada Gambar 7. Dilakukan sortasi basah pada kayu teras yang diperoleh, kemudian dicuci, ditiriskan. Kemudian dirajang menjadi beberapa bentuk yaitu: (1) stick dengan panjang ± 5 cm, (2) gelondongan kayu teras secang, dan (3) serutan. Jika belum digunakan, kayu secang kemudian disimpan di dalam kemasan plastik berlubang pada suhu ruang. Bagian Teras Kayu Secang Gambar 7 Bagian inti kayu secang sebagai bahan baku simplisia Analisis Kadar Brazilin Penelitian tahap I dilakukan untuk mengetahui kadar brazilin optimum dari setiap perlakuan penanganan pasca panen (perajangan) yang diberikan pada kayu secang. Bentuk potongan dengan kadar brazilin optimum digunakan pada tahap penelitian selanjutnya yaitu optimasi proses pengeringan dengan Design Expert 8.0.

5 26 Mulai Tanaman Secang (Caesalpinia sappan L.) Pemanenan Kayu Secang Dataran Tinggi (Kabupaten Gowa) Pemanenan Kayu Secang Dataran Rendah (Kabupaten Takalar) Sampel Kayu Secang Hilangkan duri, kulit luar, dan kambium Bagian Teras Kayu Secang Sortasi Basah Pencucian dan Penirisan Perajangan Stick (± 5cm) Gelondongan Serutan Simpan dalam kemasan plastik pada suhu ruang hingga digunakan Bahan Baku Simplisia Kayu Secang Uji Kadar Brazilin Selesai Gambar 8 Rancangan diagram alir penelitian tahap I (Analisis kandungan brazilin)

6 27 Rancangan Percobaan Penelitian tahap satu menggunakan Rancangan Acak Dua Faktor dengan 3 kali ulangan untuk melihat pengaruh faktor jenis dataran dan potongan terhadap kadar brazilin. Diolah menggunakan ANOVA dan Uji Duncan dengan bantuan program program SPSS V.17. Model linearnya adalah: X ikr = μ + α i + β k + ε ikr Dimana, X ikr μ α i β k ε ijk = Respon setiap kelompok yang diamati = Rataan umum = Pengaruh jenis dataran = Pengaruh jenis potongan = Pengaruh galat percobaan Penelitian Tahap II Penelitian tahap II ini menggunakan hasil dari penelitian tahap I yaitu bentuk perajangan dengan kadar brazilin optimum sebagai running dalam pelaksanaan optimasi proses pengeringan dengan piranti lunak Design Expert 8.0. Diagram alir penelitian tahap II dapat dilihat pada Gambar 9. Tahapan dalam penelitian ini yaitu: Pembuatan Rancangan Proses dan Respon dengan Program Design Expert 8.0 Setelah didapatkan bahan baku simplisia kayu secang yang memiliki kadar brazilin optimum, penelitian dilanjutkan dengan tahapan pembuatan rancangan proses dan respon dengan menggunakan piranti lunak Design Expert 8.0. Tahap ini diawali dengan penetapan perlakuan-perlakuan pengeringan yang digunakan sebagai variabel berubah yang akan dimasukkan ke dalam pengaturan rancangan proses karena nilainya yang berubah pada setiap rancangan perlakuan proses pengeringan. Variabel berubah adalah perlakuan-perlakuan pengeringan terhadap respon yang dihasilkan pada masing-masing rancangan perlakuan proses pengeringan kayu secang menjadi simplisia kayu secang (Sappan Lignum). Oleh karena itu, nilai variabel berubah akan berbeda-beda pada setiap rancangan untuk melihat pengaruh perlakuan pengeringan.

7 28 Penentuan variabel berubah kemudian diikuti dengan penentuan kisaran minimum dan maksimum dari perlakuan pengeringan yaitu suhu pengeringan ( C), kecepatan aliran udara (0,78-0,95m/s), dan kelembaban relatif (30-60%). Batas-batas ini akan menjadi input dalam pengaturan rancangan proses oleh program Design Expert 8.0 untuk mencari rancangan proses dari setiap perlakuan pengeringan sehingga dihasilkan output berupa rancangan perlakuan pengeringan. Perlakuan Pengeringan Perlakuan pengeringan dalam pembuatan simplisia kayu secang meliputi suhu pengeringan, kecepatan aliran udara, dan kelembaban relatif. Proses pengeringan dilakukan sampai mencapai kadar air yang diharapkan yaitu 8-10%. Kemudian seluruh rancangan perlakuan proses pengeringan yang dibuat, diukur responnya dengan melakukan analisis kimia dan fisik yang telah ditentukan. Total rancangan perlakuan proses pengeringan yang dihasilkan oleh program Design Expert 8.0 yang akan diukur variabel responnya yaitu sebanyak lima belas perlakuan (Tabel 4). Tabel 4 Rancangan perlakuan proses pengeringan dari program Design Expert 8.0 Rancangan Faktor 1 Faktor 2 Faktor 3 (A : Suhu) o C (B : KecepatanAliranUdara) m/s (C : RH) % , , , , , , , , , , , , , , ,78 45

8 29 Analisis Kimia dan Fisik Seluruh rancangan perlakuan proses pengeringan yang telah dibuat kemudian diukur responnya dengan melakukan analisis kimia dan fisik, yang terdiri dari: (1) kadar brazilin, (2) susut pengeringan, (3) warna (L dan o Hue), dan (4) lama pengeringan. Hasil pengukuran dan perhitungan dari keseluruhan respon kemudian akan dimasukkan ke dalam program Design Expert 8.0 untuk selanjutnya dianalisis. Analisis Respon Setelah dilakukan pengukuran respon dari setiap rancangan perlakuan proses pengeringan, dilakukan input data hasil pengukuran tersebut dalam program Design Expert 8.0. Hasil input data dari masing-masing respon dari seluruh rancangan selanjutnya akan dianalisis oleh program Design Expert 8.0. Pada tahapan analisis respon ini, program Design Expert 8.0 memberikan model polinomial yang sesuai dengan hasil pengukuran setiap respon. Respon yang dianalisis antara lain nilai kadar brazilin, susut pengeringan, uji warna (L dan o Hue), dan lama pengeringan. Program Design Expert 8.0 memberikan empat pilihan model polinomial untuk setiap respon, yaitu mean, linear, quadratic, dan cubic. Terdapat tiga tahap untuk mendapatkan persamaan polinomial, yaitu berdasarkan sequential model sum of squares [Tipe I], lack of fit test, dan model summary statistics. Kemudian partial sum of squares [Tipe III] akan memilih ordo tertinggi persamaan polinomial dari suatu variabel respon yang dianalisis ragamnya masih memberikan hasil yang berbeda nyata. Lack of fit test akan memilih ordo persamaan polinomial tertinggi yang memberikan hasil tidak berbeda nyata dilihat dari segi penyimpangan responnya. Model summary statistic akan memilih ordo persamaan polinomial yang memberikan nilai Adjusted R-squared dan Prediction R-squared maksimum. Berdasarkan tahap tersebut, piranti lunak Design Expert 8.0 menentukan ordo persamaan polinomial tertinggi untuk setiap variabel responnya. Suatu variabel respon dapat dikatakan berbeda nyata atau signifikan pada taraf signifikansi 5% apabila nilai p prob>f hasil analisis ragam lebih kecil dari 0,05. Variabel respon yang hasil analisis ragamnya berbeda nyata dapat digunakan

9 30 sebagai model prediksi karena variabel uji memberikan pengaruh yang signifikan terhadap respon rancangan perlakuan proses pengeringan tersebut. Selanjutnya, model yang dianggap paling sesuai tersebut akan ditampilkan di dalam sebuah contour plot berupa grafik dua dimensi (2-D) atau tiga dimensi (3-D). Selain itu, program Design Expert 8.0 juga memberikan grafik plot kenormalan residual (normal plot residual) yang mengindikasikan apakah residual (selisih atau perbedaan antara respon aktual dengan yang diprediksikan untuk setiap respon) mengikuti garis kenormalan (garis lurus). Optimasi Proses Hasil analisis dari setiap respon kemudian digunakan untuk melakukan optimasi proses dengan program Design Expert 8.0. Proses optimasi dilakukan untuk mendapat suatu rancangan perlakuan proses pengeringan yang menghasilkan respon optimal sesuai target optimasi yang diinginkan. Nilai target optimasi yang dapat dicapai dikenal dengan istilah nilai desirability yang ditunjukkan dengan nilai 0-1. Semakin tinggi nilai desirability menunjukkan semakin tingginya kesesuaian rancangan perlakuan proses pengeringan yang didapatkan untuk mencapai rancangan optimal dengan variabel respon yang dikehendaki. Dalam menentukan target optimasi dilakukan pembobotan kepentingan untuk tujuan yang diinginkan. Pembobotan ini dinamakan importance yang dapat dipilih mulai dari 1 (+) hingga 5 (+++++) tergantung kepentingan variabel respon yang bersangkutan. Semakin banyak tanda positif yang diberikan menunjukkan tingkat kepentingan variabel respon yang semakin tinggi. Berdasarkan target optimasi yang telah ditentukan, program Design Expert 8.0 akan memberikan solusi rancangan perlakuan proses pengeringan optimum.

10 31 Mulai Pembuatan Rancangan Proses dan Penentuan Respon Suhu pengeringan ( C) Kecepatan Aliran Udara (0,78-0,95 m/s) Kelembaban Relatif (RH) (30-60 %) 15 Perlakuan Proses Pengeringan Pengeringan Sortasi Kering Pengukuran dan Perhitungan Nilai Respon Kimia dan Fisik Susut Pengeringan Uji Kadar Brazilin Uji Warna Lama Pengeringan Analisis Respon Model Signifikan Lack of fit = tidak signifikan Adj&Pred R-Squ = positif Adeq Precision > 4 Tidak Ya Optimasi Proses Solusi Proses Optimum Selesai Gambar 9 Rancangan diagram alir penelitian tahap II (Optimasi proses pengeringan dengan Design Expert 8.0 )