III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Kegiatan penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Mei 2011 sampai dengan Agustus 2011 di Laboratorium Pindah Panas serta Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, FATETA IPB. B. Alat dan Bahan Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah : 1) Alat pengering berakuisisi 2) Pisau 3) Timbangan digital 4) Stopwatch 5) Jangka sorong/mistar 6) Drying oven, cawan, tray, dan penjepit cawan 7) Desikator 8) Kamera digital 9) Termometer 10) Termokopel dan termokopel recorder 11) Alat-alat atau wadah gelas Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah 1) Buah mangga segar dengan karakteristik : varietas : arumanis umur panen : 4-5 bulan setelah bunga mekar massa : 300-400gram/mangga 2) Buah mangga varietas aromanis dengan perlakuan dehidrasi osmotik 3) Air suling C. Parameter Pengeringan dan Mutu Irisan Mangga 1) Penurunan kadar air Penurunan kadar air merupakan penurunan jumlah air yang terkandung di dalam suatu bahan selama dilakukan pengeringan. Data yang digunakan adalah data massa potongan mangga pada setiap waktu. 2) Laju pengeringan Laju pengeringan merupakan perubahan kadar air setiap satuan waktu yang menunjukkan banyaknya air yang diuapkan setiap satuan waktu. Data yang digunakan untuk memperoleh laju pengeringan adalah data perubahan kadar air pada selang waktu tertentu. 3) Kadar air keseimbangan. Kadar air keseimbangan merupakan kadar air potongan mangga yang sudah tidak mengalami perubahan massa pada suatu kondisi (suhu dan RH pengeringan) tertentu. Data yang digunakan adalah data massa potongan mangga yang telah konstan selama pengeringan berlangsung. 12
4) Konstanta pengeringan Konstanta pengeringan merupakan karakteristik bahan dalam mempertahankan air yang terkandung di dalamnya terhadap pengaruh udara panas. Data yang digunakan untuk memperoleh konstanta pengeringan adalah data kadar air (awal dan keseimbangan) selama pengeringan. 5) Koefisien penyusutan Koefisien penyusutan merupakan karakteristik penyusutan atau perubahan volume bahan karena ada perlakuan seperti pengeringan. Data yang digunakan adalah data volume potongan mangga (sebelum dan setelah pengeringan). 6) Rasa, tekstur, dan Tingkat Kesukaan Rasa, tekstur, dan tingkat kesukaan merupakan beberapa atribut sensori yang digunakan untuk menentukan kualitas produk. Data yang digunakan adalah data rasa (manis), tekstur (kekerasan dan kekasaran), serta tingkat kesukaan. 7) Warna Warna merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas produk. Data yang digunakan adalah data warna (sebelum dan setelah pengeringan) yang menggunakan model warna RGB dan HSI. D. Data yang Dibutuhkan 1) Massa mangga Massa mangga diukur pada setiap tahap pengeringan, yaitu sebelum, selama, dan setelah pengeringan. 2) Kadar air awal mangga dan kadar air selama pengeringan Kadar air mangga dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (7) dan (8). Kadar air selama pengeringan diukur dengan perubahan massa bahan selama pengeringan berlangsung.... (7)... (8) 3) Suhu potongan mangga dan suhu ruang pengering Suhu permukaan potongan mangga dan suhu ruang pengering diukur selama pengeringan berlangsung. 4) RH ruang pengering RH ruang pengering diukur selama pengeringan berlangsung. 5) Warna dan volume Warna dan volume potongan mangga diukur sebelum dan setelah pengeringan. 6) Tekstur dan rasa Tekstur dan rasa potongan mangga setelah pengeringan diukur dengan uji sensori. E. Perlakuan Pengeringan Kegiatan pengambilan data dilakukan pada potongan-potongan mangga dari dehidrasi osmotik dengan kombinasi perlakuan yang berbeda-beda. Mangga yang dikeringkan dipotong sehingga memiliki ukuran 4cm x 3 cm x 0.8 cm. Perbedaan pada masing-masing perlakuan terletak pada ada atau tidaknya perlakuan osmotik, ada atau tidaknya coating, konsentrasi larutan gula pada osmotik, dan suhu pada pengeringan udara. Kelembaban mutlak kondisi pengeringan dijaga pada ± 0.025 kg/kg 13
udara kering sehingga pada suhu pengering 40 o C menghasilkan RH 55%, pada suhu 50 o C menghasilkan RH 33% dan pada suhu 60 o C menghasilkan RH 20%. Kecepatan udara pengeringan potongan mangga adalah ± 0.5 m/s. Perlakuan-perlakuan tersebut dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Perlakuan-perlakuan pada pengeringan potongan mangga dengan perlakuan dehidrasi osmotik Pengeringan udara Coating 42 o Brix Coating 66 o Brix Dehidrasi Osmotik Noncoating 42 o Brix Noncoating 66 o Brix nonosmotic 40 o C perlakuan 1 perlakuan 2 perlakuan 3 perlakuan 4 perlakuan 5 50 o C perlakuan 6 perlakuan 7 perlakuan 8 perlakuan 9 perlakuan 10 60 o C perlakuan 11 perlakuan 12 perlakuan 13 perlakuan 14 perlakuan 15 Dehidrasi osmotik dilakukan dengan merendam potongan mangga segar pada larutan gula selama ± 5 jam. Alat yang digunakan untuk dehidrasi osmotik dilengkapi dengan agitator, pengatur suhu, dan pengatur daya. Selama perendaman, larutan gula diaduk dengan agitator sehingga kandungan gula pada larutan merata. Potongan mangga ditempatkan pada saringan sehingga tidak mengenai agitator. Konsentrasi larutan gula yang digunakan berbeda-beda, yaitu larutan gula 42 o Brix dan 66 o Brix dengan suhu larutan gula 50 o C. Untuk menghindari terlalu banyaknya gula yang terserap oleh mangga, potongan mangga terlebih dahulu dicelupkan pada kitosan 1.5% sebagai coating selama 30 detik. Selain dicelupkan pada kitosan, potongan mangga juga terlebih dahulu dicelupkan pada vitamin C (asam askorbat 1%) dan asam sitrat 0.2% selama 60 detik. Diagram alir pembuatan potongan mangga kering dapat dilihat pada Lampiran 1. F. Metode Pengambilan Data 1) Kadar air awal mangga Pengukuran kadar air awal mangga dilakukan dengan menggunakan metode oven dimana sampel dikeringkan di dalam drying oven pada suhu tertentu hingga massa sampel konstan. Mangga yang akan diukur kadar airnya diiris kecil-kecil kemudian ditimbang. Potongan mangga yang telah diukur massanya diletakkan di dalam cawan. Kemudian potongan mangga tersebut dikeringkan di dalam oven dengan suhu 100 o C hingga massa konstan atau ± selama 6 jam (Nurmawanti 2008). Setelah 6 jam, potongan mangga ditimbang lagi sehingga diperoleh massa padatan potongan mangga. Setelah itu, kadar air dihitung dengan menggunakan persamaan (7) atau persamaan (8). Menurut Hall (1980), setelah sampel kering, sampel harus dijaga dari penyerapan uap air untuk memperoleh kadar air yang akurat. Oleh karena itu, setelah potongan mangga dikeluarkan dari oven, potongan mangga tersebut disimpan di dalam desikator sebelum ditimbang. 2) Kadar air selama proses pengeringan Pengukuran kadar air selama proses pengeringan juga dilakukan dengan metode oven. Akan tetapi, selama pengeringan berlangsung sampel potongan mangga pada mesin pengering akan ditimbang setiap sepuluh menit sekali sehingga akan diketahui perubahan massa mangga dalam sepuluh menit sekali hingga satu jam sekali. Massa padat akan diperoleh dengan mengeringkan sampel potongan mangga yang ditimbang selama pengeringan dengan menggunakan oven. 3) Kadar Air Keseimbangan (Me) Kadar air keseimbangan potongan mangga ditandai dengan tidak adanya perubahan massa selama pengeringan berlangsung. Untuk mempersingkat waktu pencapaian kadar air 14
keseimbangan, potongan mangga dipotong lagi hingga berupa iris-iris kecil. Untuk mengetahui apakah kadar air keseimbangan sudah tercapai, potongan mangga tersebut ditimbang setiap satu hingga dua jam sekali. Bila massa potongan mangga sudah konstan, potongan mangga diukur kadar airnya dengan metode oven yang telah dijelaskan sebelumnya. 4) Suhu potongan mangga Pengukuran suhu dilakukan secara berkala saat pengeringan berlangsung dengan menggunakan termokopel. Pengukuran suhu ini juga dilakukan 10 menit sekali hingga satu jam sekali. 5) Warna Pengukuran warna dilakukan sebelum dan setelah pengeringan. Pengukuran dilakukan dengan image (dari kamera digital) dengan menggunakan pengolahan citra (image processing). 6) Volume Pengukuran dimensi sebelum dan setelah pengeringan dilakukan dengan pengolahan citara dan menggunakan jangka sorong. Hal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan volume potongan mangga selama pengeringan. Juga dilakukan pengamatan terhadap bentuk potongan mangga yang yang dihasilkan. 7) Tekstur dan Rasa Pengukuran rasadan tekstur dilakukan dengan uji sensori pada beberapa panelis. G. Prosedur Penelitian 1) Percobaan pendahuluan a) Pengukuran sifat mangga Sifat mangga yang akan diukur adalah densitas dan kadar air. Densitas mangga diukur dengan menimbang potongan mangga yang dimensinya telah ditentukan. Densitas mangga diperoleh dengan menghitung rasio antara massa dan volume potongan mangga. b) Pengukuran ketebalan potongan Pada tahap ini dilakukan pengeringan potongan mangga (mangga segar dan mangga dengan perlakuan dehidrasi osmotik) dengan beberapa ketebalan potongan. Pengeringan dilakukan dengan menggunakan suhu udara 50 o C hingga kadar air potongan mangga mencapai ± 15% bb. Potongan mangga yang telah dikeringkan tersebut kemudian dibandingkan secara visual. Ketebalan potongan mangga yang akan digunakan dalam penelitian diperoleh dari potongan mangga yang memiliki fisik/kenampakan paling baik. 2) Persiapan bahan Bahan yang dipersiapkan adalah mangga yang sebelumnya telah diberi perlakuan dehidrasi osmotik serta mangga segar. Mangga segar dikupas terlebih dahulu kemudian diiris dengan ketebalan yang telah ditentukan dari percobaan pendahuluan. 3) Persiapan peralatan Persiapan yang dilakukan adalah kalibrasi terhadap alat ukur yang akan digunakan dan pemeriksaan kontrol suhu, kelembaban, dan kecepatan udara pada mesin pengering. Mesin pengering yang digunakan adalah mesin pengering berakuisisi. Pengeringan yag dilakukan merupakan pengeringan lapisan tipis. 4) Pengoperasian alat Alat mulai dioperasikan setelah sampel dimasukkan ke dalam ruang pengeringan. Kemudian diatur suhu udara dan kelembaban selama pengeringan. Setelah pengaturan selesai, pengeringan dimulai. 15
5) Pengambilan data sebelum pengeringan Data yang diambil ketika pengeringan adalah warna dan volume. 6) Pengambilan data ketika pengeringan Data yang diambil ketika pengeringan adalah massa sampel, suhu sampel, suhu pengering, dan RH pengering. Data diambil secara berkala oleh mesin pengering. Selang waktu pengambilan data selama pengeringan adalah sebagai berikut : 0 2 jam pengeringan : setiap 10 menit 2 4 jam pengeringan : setiap 20 menit 4 6 jam pengeringan : setiap 30 menit 6 jam selesai : setiap satu jam Terdapat empat jenis sampel yang akan dikeringkan, yaitu sampel yang akan ditimbang untuk menentukan kadar air, sampel yang diiris lebih kecil untuk menentukan kadar air keseimbangan, sampel yang digunakan untuk image processing, dan sampel yang digunakan untuk evaluasi sensori. 7) Pengambilan data setelah pengeringan Data yang diambil ketika pengeringan adalah warna, ukuran, rasa, dan tekstur. 8) Analisis data Analisis data merupakan pengolahan data-data yang telah diambil sehingga dapat diketahui laju pengeringan/penurunan kadar air, konstanta pengeringan, serta koefisien penyusutan pada seluruh sampel atau perlakuan. Diagram alir prosedur penelitian dapat dilihat pada Lampiran 2. H. Pengolahan Citra Pengolahan citra dalam pengukuran warna potongan mangga kering dilakukan dengan merekam dan menyimpan potongan mangga tersebut dalam citra digital untuk dianalisis dengan menggunakan software Sharpdevelop 3.0. Pengolahan citra juga digunakan untuk mengukur luasan permukaan potongan mangga yang akan digunakan untuk menghitung volume potongan mangga. Skema perekaman tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Model warna yang digunakan dalam analisis warna adalah model RGB (merah, hijau, dan biru) dan model HSI (hue, saturasi, dan intensitas). Indeks setiap komponen model RGB dan nilai komponen model HSI dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (9) hingga (14) sebagai berikut (Ahmad 2002) :... (9)... (10)... (11)... (12)... (13)... (14) 16
Algoritma pengolahan citra Alat pengering berakuisisi Komputer Gambar 6. Skema perekaman potongan mangga kering ke dalam citra digital I. Evaluasi Sensori Uji sensori merupakan salah satu metode uji organoleptik pada suatu produk berdasarkan sifatsifat yang dapat dikenali dengan pancaindra manusia. Pengujian dilakukan pada 24 responden atau panelis tanpa dilatih terlebih dahulu. Parameter pengujiannya adalah rasa (tingkat kemanisan), tekstur (kekasaran dan kekerasan), serta tingkat penerimaan konsumen. Pengujian rasa dan tekstur dilakukan dengan metode uji pembedaan (difference test) sedangkan pengujian tingkat penerimaan dilakukan dengan metode uji afektif (aceptance and preference test). Kedua metode tersebut menggunakan uji rating dengan skala hedonik. Setiap sampel yang disajikan secara acak dengan memberikan kode tertentu pada sampel. Data yang diperoleh kemudian dioleh dengan menggunakan ANOVA (Analysis of Variance) dan dilanjutkan dengan uji lanjut Duncan s Multiple Test. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan program SPSS. J. Analisis Data 1. Penurunan kadar air dan laju pengeringan Besarnya penurunan kadar air pada setiap pengukuran mempengaruhi laju pengeringan. Laju pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (15) hingga (20) sebagai berikut :... (15)... (16)... (17)... (18)... (19)... (20) 2. Penentuan Konstanta Pengeringan Konstanta pengeringan ditentukan dengan menggunakan dua model pendugaan kadar air. Model yang digunakan adalah persamaan modifikasi Page dan persamaan Henderson dan Pabis. Untuk menentukan dua variabel yang tidak diketahui, digunakan metode Nonlinear Least Square 17
(NLS). Metode kuadrat terkecil (least squares) adalah suatu metode untuk menghitung suatu kurva sedemikian hingga meminimumkan ralat penyesuaian pada titik-titik data (Pipes dan Harvill, 1991). Diagram alir proses penentuan konstanta pengeringan dapat dilihat pada Lampiran 3 dan algoritma perhitungan dalam visual basic dapat dilihat pada Lampiran 4. Program yang digunakan untuk menentukan konstanta pengeringan merupakan modifikasi dari VBA Ms. Excel pada tugas akhir Daragantina Nursani. Berikut merupakan langkah penentuan konstanta pengeringan dengan metode NLS : a) Penentuan model Model modifikasi Page... (21) Perubahan nilai k dan n dari persamaan (21) selama pengolahan akan mempunyai nilai seperti persamaan (22) sebagai berikut :... (22) nilai Model Henderson dan Pabis sangat kecil sehingga dianggap sama dengan nol.... (23) Perubahan nilai a dan k dari persamaan (23) selama pengolahan akan mempunyai nilai seperti persamaan (24) sebagai berikut : nilai... (24) sangat kecil sehingga dianggap sama dengan nol. b) Menghitung turunan pertama dari persamaan (21) dan (23) terhadap parameter Model modifikasi Page... (25)... (26) Model Henderson dan Pabis... (27)... (28) c) Penentuan bentuk model kuadrat terkecil nonlinear minimum Model modifikasi Page... (29)... (30) Syarat minimum : Model Henderson dan Pabis... (31)... (32) Syarat minimum : 18
d) Penentuan persamaan simultan dengan dua variabel tidak diketahui Model Modifikasi Page Jika :... (33)... (34) Model Henderson dan Pabis... (35)... (36) Jika : Maka untuk kedua model pendugaan kadar air diperoleh persamaan dengan notasi sederhana sebagai berikut :... (37)... (38) e) Penyusunan persamaan (37) dan (38) ke dalam bentuk matriks dengan menggunakan metode eliminasi Gauss Jordan (Harsbarger dan Reynolds 1981)... (39)... (40)... (41) sehingga diperoleh : 3. Penentuan Koefisien Penyusutan... (42)... (43) Penyusutan diukur dengan berkurangnya volume mangga yang dikeringkan. Koefisien penyusutan dapat dihitung dengan persamaan (44) hingga (46) (Moreira et al. 2000) :... (44)... (45)... (46) 19