BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode deskriptif. Metode analisisnya berupa pemodelan matematika dan statistika. Alat bantu analisisnya adalah seperangkat komputer dengan software Microsoft office Excel 2007 dan SPSS 17. Metode untuk mendapatkan data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah dengan melakukan percobaan. 3.2. Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan September 2011 hingga November 2011 di Laboratorium Pasca Panen dan Teknologi Proses Jurusan Teknik dan Manajemen Industri Pertanian, Laboratorium Keteknikan Pengolahan Pangan dan Laboratorium Sensori Jurusan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Industri Pertanian Universitas Padjadjaran. 3.3. Alat dan Bahan 1. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah: 2. Seperangkat alat reverse osmosis yang terdiri dari tabung stainless steel dengan dimensi panjang 80 cm, diameter luar 25 cm, diameter dalam 25,85 cm, tekanan yang diizinkan hingga 60 psi (4,083 atm) dan kompresor listrik. 3. Timbangan digital, dengan dengan tingkat ketelitian 1 gram dan kemampuan maksimum menimbang adalah 3.000 gram, digunakan untuk menimbang berat sampel dan bahan yang dibutuhkan. 4. Beaker glass volume 1.000 ml, dengan skala ml, digunakan untuk mengukur volume air yang dibutuhkan untuk membuat dan menakar larutan. 32 FTIP001639/048
33 5. Refraktometer N1 (0o-32obrix), N2 (33o-55obrix), N3 (55o-95obrix) digunakan untuk mengukur kadar gula dalam larutan dan kadar gula di dalam manisan. 6. Fruit hardness tester dengan tingkat ketelitian 0,1 kg digunakan untuk mengukur tingkat kekerasan buah. 7. Pipet, digunakan untuk mengambil sampel larutan gula. 8. Panci stainless dan kompor listrik, digunakan untuk membuat larutan gula. 9. Pisau dan tatakan kayu, digunakan untuk mengupas dan memotong buah. 10. Baskom, digunakan sebagai tempat larutan kapur sirih dan larutan garam untuk proses perendaman pepaya sebelum penggulaan. 11. Saringan, digunakan untuk meniriskan potongan pepaya setelah pencucian atau perendaman dalam beberapa larutan. 12. Kain saring, untuk ekstraksi cairan di dalam manisan untuk pengukurang dengan menggunakan refraktometer. 13. Cold storage, digunakan untuk menyimpan pepaya bahan baku manisan. 14. Seperangkat komputer dan perangkat lunak Microsoft Office Excel 2007 dan SPSS 17, digunakan untuk alat bantu analisis. Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Buah pepaya mengkal sebanyak 18 kg 2. Gula sebanyak 17.4 kg 3. Kapur Sirih (CaCO3) sebanyak 72 gram 4. Natrium Bisulfit sebanyak 48 gram 5. Air sebanyak 59,48 Liter 6. Banyaknya bahan yang digunakan didasarkan pada perhitungan pada Lampiran 19. FTIP001639/049
34 3.4. Prosedur Penelitian 3.4.1. Percobaan Pada tahap ini dilakukan percobaan proses penggulaan dengan tabung bertekanan untuk mendapatkan data yang diperlukan pada tahap pemodelan dan analisis fisika proses penggulaan. 3.4.2. Prosedur Percobaan Prosedur percobaan penggulaan dengan menggunakan tabung bertekanan dilakukan dengan tahapan sebagai berikut: 1. Penyiapan Sampel Potongan daging buah pepaya berukuran seragam kira-kira panjang kali lebar, 2,5 cm x 2,5 cm dengan tebal 0,5 cm direndam terlebih dahulu selama 1 jam dalam larutan kapur sirih (CaCO3) 0,2-0,3% (b/v). Kemudian potongan pepaya tersebut ditiriskan dan setelah itu direndam dalam larutan natrium bisulfit 0,18-0,22% (b/v) dengan suhu 64-68oC selama 10 menit. Setelah perendaman dengan natrium bisulfit selesai, potongan pepaya dicuci dengan air bersih dan ditiriskan. 2. Penimbangan Berat Sampel Sebelum dan sesudah proses penggulaan, berat bahan (potongan pepaya) ditimbang. Hal ini dilakukan untuk mengamati perubahan berat bahan sebelum dan setelah penggulaan. 3. Penggulaan Penggulaan dilakukan menggunakan larutan gula (60% b/b) hal ini didasarkan pada hasil penelitian pendahuluan mengenai penentuan konsentrasi larutan gula terbaik untuk percobaan (Lampiran 1). Perbandingan antara larutan gula dan bahan adalah 400 ml larutan gula untuk 150 gram bahan. Bahan dan larutan gula ditempatkan pada wadah plastik. Setelah bahan dipastikan terendam seluruh permukaannya, kemudian bahan di masukkan ke dalam tabung kemudian ditutup rapat dan isi tabung tersebut dengan udara yang telah mampat di dalam tabung FTIP001639/050
35 kompresor yang disiapkan sebelumnya. Untuk mendapatkan data yang diperlukan untuk pemodelan, maka akan dilakukan percobaan dengan menerapkan kombinasi dari 2 perlakuan yaitu besar tekanan dan lama perendaman. Taraf untuk masing-masing perlakuannya adalah 5 taraf sehingga kombinasi perlakuan adalah sebanyak 5 x 5 = 25 kombinasi perlakuan. A. Tekanan Udara Perlakuan tekanan udara yang akan diterapkan didasarkan pada kerangka pemikiran dan teori bahwa tekanan yang diaplikasikan harus melebihi tekanan udara 1 atm (0 psi pada tabung). Selain itu tekanan maksimal yang dapat diterapkan dalam tabung adalah sebesar 60 psi (4,083 atm). Penelitian pendahuluan untuk menentukan seberapa besar kondisi tekanan yang diberikan terlampir pada Lampiran 1. Maka kondisi yang akan diterapkan untuk mendapatkan data untuk pemodelan adalah mundur lima psi dari tekanan maksimal yang diterapkan, sehingga beberapa kondisi tekanan yang diterapkan pada penelitian utama adalah: 1. Tekanan 35 psi (2,38 atm) 2. Tekanan 40 psi (2,72 atm) 3. Tekanan 45 psi (3,06 atm) 4. Tekanan 50 psi (3,40 atm) 5. Tekanan 55 psi (3,74 atm) B. Lama Waktu Penggulaan Lama penggulaan tergantung pada kandungan gula pepaya sebelum penggulaan dan kandungan gula yang ingin dicapai setelah penggulaan. Namun dalam sistem penggulaan dengan tabung bertekanan, lama penggulaan diduga akan lebih singkat dari lama waktu penggulaan konvensional. Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan pada Lampiran 1, lama penekanan 3 jam telah menunjukkan peningkatan yang cukup tinggi. Oleh karena itu, FTIP001639/051
36 untuk mengetahui bagaimana karakteristik tingkat serapan gula dan kandungan gula pada potongan pepaya yang terjadi dalam beberapa waktu, maka akan dilakukan percobaan penggulaan dengan lama waktu sebagai berikut: 1. 1 jam 2. 2 jam 3. 3 jam 4. 4 jam 5. 5 jam Selain itu, pada percobaan ini dilakukan pula penggulaan pada kondisi alami (tanpa tekanan tambahan), yaitu kondisi tekanan 0 psi pada tabung untuk tiap taraf lama perendaman sebagai kontrol. 4. Pengangkataan Manisan Pepaya Setelah perlakuan penggulaan selesai pada setiap kombinasi perlakuan, sampel diangkat dan kemudian ditiriskan. Sampel manisan basah yang telah ditiriskan dimasukkan ke dalam plastik kemasan dan ditutup rapat untuk dilakukan pengamatan terhadap beberapa variabel dalam percobaan ini. 3.5. Variabel dan Parameter Percobaan Variabel yang diamati / diukur dari percobaan ini adalah sebagai berikut: 1. Kadar gula potongan pepaya sebelum dan setelah penggulaan 2. Kadar air potongan pepaya sebelum penggulaan 3. Tekanan yang diaplikasikan selama penggulaan 4. Suhu larutan gula perendam sebelum dan setelah penggulaan 5. Berat potongan pepaya sebelum dan setelah penggulaan 6. Tingkat kekerasan potongan pepaya sebelum dan setelah penggulaan Parameter yang dihitung adalah: 1. Kadar air pada manisan (potongan pepaya setelah penggulaan) 2. Peningkatan gula dan kehilangan air pada potongan pepaya selama penggulaan FTIP001639/052
37 3. Laju difusi gula dan laju difusi air selama penggulaan 4. Perubahan tingkat kekerasan potongan pepaya 5. Tekanan osmosis dan tenaga penggerak difusi 6. Hasil penilaian kesukaan panelis terhadap rasa manisan 7. Hasil penilaian kesukaan panelis terhadap kerenyahan manisan 3.6. Pengulangan Percobaan Semakin banyak ulangan dalam suatu percobaan akan menghasilkan data yang baik dan jelas keabsahannya. Namun, pada percobaan yang dilakukan pada penelitian ini, hanya diulang sebanyak 2 kali ulangan untuk mendapatkan data rata-rata terkait dengan kemungkinan hasil pengukuran yang berbeda dari kedua ulangan percobaan. Kedua data hasil pengulangan pertama dan kedua diuji validitasnya dengan metode statistik uji kesamaan varians yang memberikan kesimpulan sama atau tidaknya data ulangan pertama dan kedua sehingga data yang digunakan untuk analisis telah teruji keabsahannya walaupun tidak melakukan perulangan percobaan yang banyak. 3.7. Pemodelan Tahap penelitian selanjutnya adalah perancangan model yang mengikuti langkah-langkah sebagai berikut: 1. Indentifikasi Sistem Pada tahap ini dilakukan pengkajian pada fenomena yang terjadi dalam sistem penggulaan metode tabung bertekanan. 2. Pendefinisian Sistem Pada tahap ini, dilakukan hal-hal berikut: 2.a Menguraikan sistem penggulaan dengan tabung bertekanan yang utuh menjadi komponen-komponen penyusunnya. 2.b Menentukan batasan-batasan dan asumsi-asumsi dari sistem penggulaan tabung bertekanan. FTIP001639/053
38 3. Analisis Pada tahap ini, hal-hal yang dilakukan adalah: 3.a Menentukan variabel-variabel yang terkait dengan sistem penggulaan tabung bertekanan. 3.b Menentukan hubungan dan pengaruh antar variabel, berdasarkan teori yang berlaku di wilayah sistem penggulaan dengan tabung bertekanan dan teori matematika yang dapat menjelaskan hubungan tersebut. 4. Formulasi Model Pada tahap ini, kegiatan yang dilakukan adalah: 4.a Memilih atau menentukan variabel-variabel yang akan dilibatkan dalam model. 4.b Menyusun persamaan matematis yang menghubungkan antar variabel yang mempengaruhi sistem penggulaan tabung bertekanan. 5. Solusi Model Solusi model merupakan hasil penyelesaian sementara dalam pembuatan model penggulaan tabung bertekanan yang selanjutnya akan divalidasi. 6. Simulasi, Verifikasi dan Validasi Tahapan ini merupakan tahapan pengembangan model matematika, dimana langkah-langkah yang dilakukan pada tahap ini adalah: 6.a Verifikasi, yaitu memeriksa kesesuian model penggulaan pada tabung bertekanan dengan prinsip-prinsip yang berlaku dan uji statistik. 6.b Simulasi, yaitu pengaplikasikan model dengan memasukkan data pada model yang telah diverifikasi. 7. Validasi, yaitu memeriksa apakah model yang dibuat sudah benar atau tidak dengan cara membandingkan hasil output simulasi model dengan output riil (hasil percobaan). FTIP001639/054
39 8. Model Matematika Hasil dari beberapa tahap perancangan model yang dilakukan di atas akan menghasilkan model matematika dari sistem penggulaan manisan buah pepaya dengan metode tabung bertekanan. 3.8. Model Konseptual Proses Penggulaan dengan Tabung Bertekanan Penelitian ini bertujuan untuk membuat model dari output system penggulaan dengan tabung bertekanan. Output yang akan dimodelkan adalah kadar gula manisan (XGt), kadar air manisan (XAt) dan tingkat kekerasan manisan (Ht). Model utama peningkatan atau penurunan kadar atau konsentrasi suatu zat umumnya mengikuti persamaan logaritmik berikut ini : y = a ln(x) + b...(16) dimana : y = konsentrasi akhir a = konstanta faktor-faktor yang berpengaruh terhadap variabel y sejalan dengan perubahan variabel x x = variabel waktu b = konstanta konsentrasi awal Model di atas hanya menampilkan satu variabel yang berpengaruh terhadap output sistem. Sedangkan faktor-faktor selain itu tersirat di dalam konstanta a. Nilai konstanta a ini akan berbeda-beda jika faktor-faktor selain faktor waktu dilibatkan dalam model. 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 sederhana atau berganda tergantung banyaknya faktor-faktor yang belum dilibatkan ke dalam model utama. Konsep model di atas berlaku untuk model peningkatan kadar gula dan penurunan kadar air. Sedangkan untuk konsep model tingkat kekerasan, bentuk FTIP001639/055
40 umum modelnya belum diketahui. Oleh karena itu, pembuatan model akan didekati dengan model regresi linear berganda dimana model umumnya adalah sebagai berikut: Y = a0 + a1x1 + a2x2 + anxn...(17) dimana : a0 = kontanta regresi a1, a2, an = konstanta faktor 1, konstanta faktor 2, konstanta faktor ke - n X1, X2, Xn = faktor faktor yang berpengaruh terhadap tingkat kekerasan manisan 3.9. Validasi Model Matematika Validasi model diperlukan untuk memastikan apakah model yang terbentuk dapat merepresentasikan sistem nyata atau tidak. Dalam hal ini validasi dilakukan dengan membandingkan output model dengan output sistem nyata. Proses validasi menggunakan dua metode, yaitu : a. Uji Kesamaan Dua Varians Uji kesamaan dua varians digunakan untuk menguji apakah varians suatu populasi sama dengan varians populasi lain (Walpole, 1986). b. Uji Kesamaan Dua Rata - Rata Uji kesamaan dua rata - rata adalah uji untuk membandingkan rataan suatu populasi dengan populasi lain (Walpole, 1986). Dalam penelitian ini, teknis pengolahan data dan penarikan kesimpulan terhadap hipotesis yang diajukan dilakukan dengan menggunakan software statistika SPSS 17. Di dalam hasil perhitungan dengan menggunakan SPSS 17, untuk penarikan kesimpulan terhadap hipotesis statistik yang diajukan, perbandingan nilai F-hitung atau t-hitung terhadap distribusi F atau t di dalam tabel distribusi digantikan dengan membandingkan P-value (nilai signifikansi di dalam output software) dengan taraf nyata (α). Berikut ini beberapa kriteria pengujian hipotesis yang akan digunakan dalam beberapa analisis data dan pemodelan: FTIP001639/056
41 1. Analisis Varians (ANOVA) Hipotesis: H0 : µ 1 = µ 2 = µ n (Semua kelompok perlakuan memiliki rata-rata yang sama) H1 : µ 1 µn (Setidaknya ada satu pasang kelompok perlakuan yang memiliki rata-rata yang signifikan berbeda) Kriteria uji: Tolak H0 apabila P-value α (0,05) atau α (0,01) Terima H0 apabila P-value > α (0,05) atau α (0,01) 2. Uji pengaruh suatu variabel dengan menggunakan analisis regresi linear berganda Hipotesis: H0 : β1 = β2 (Variabel independen tidak berpengaruh signifikan terhadap variabel dependen) H1 : β1 β 2 (Variabel independen berpengaruh signifikan terhadap variabel dependen) Kriteria uji: Tolak H0 apabila P-value α (0,05) atau α (0,01) Terima H0 apabila P-value > α (0,05) atau α (0,01) 3. Uji kesamaan dua varians H0 : µ 1 = µ 2 (nilai rata-rata kedua kelompok adalah sama) H1 : µ 1 µ2 (nilai ata-rata kedua kelompok signifikan berbeda) Kriteria uji: Tolak H0 apabila P-value α (0,05) atau α (0,01) Terima H0 apabila P-value > α (0,05) atau α (0,01) 4. Uji kesamaan dua rata-rata H0 : µ 1 = µ 2 (nilai rata-rata kedua kelompok adalah sama) H1 : µ 1 µ2 (nilai ata-rata kedua kelompok signifikan berbeda) Kriteria uji: Tolak H0 apabila P-value α (0,05) atau α (0,01) Terima H0 apabila P-value > α (0,05) atau α (0,01) FTIP001639/057
42 3.10. Uji Hedonik Pengujian hasil penilaian organoleptik manisan dilakukan dengan metode uji hedonik. Uji ini merupakan uji yang menyatakan tingkat kesukaan panelis terhadap warna, aroma, tekstur dan rasa manisan. Metode analisis datanya menggunakan analisis statistika, yaitu analisis varians untuk mengetahui apakah ada perbedaan yang nyata untuk tiap perlakuan yang dilanjutkan dengan Uji Duncan untuk mengetahui perlakuan mana yang sama atau lebih (Setyaningsih dkk., 2010). Dari uraian prosedur penelitian, maka secara ringkas prosedur penelitian tersebut dapat dilihat dalam diagram alir pada Gambar 11. Mulai Percobaan Analisis NonStatistik: Uji Organoleptik Pemodelan Perhitungan Peningkatan padatan gula, Kehilangan air, Analisis Statistik: Laju difusi air, Laju Uji statistik terhadap difusi gula dan Model dan Karakteristik Tekanan osmosis organoleptik manisan pepaya Selesai Gambar 11. Prosedur Penelitian FTIP001639/058