APLIKASI METODE RESPON SURFACE UNTUK OPTIMASI KUANTITAS SUSUT BOBOT BUAH MANGGIS Andriani Lubis 1*) 1) Fakultas Pertanian, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, 23111 *) andriani_loebis@yahoo.com Abstrak Metode Respon Surface (MRS) khusus dikembangkan untuk optimasi dua faktor (variabel) atau lebih terhadap respon yang diinginkan. Keluaran dari MRS adalah suatu model matematik yang menyatakan fungsi respon terhadap variabel bebasnya. MRS digunakan untuk membuat model matematika dari pengaruh kombinasi perlakuan suhu dan konsentrasi pelilinan dalam menentukan parameter kualitas manggis yang diamati. Penanganan pasca panen yang belum tepat penyebab sebagian manggis mempunyai mutu rendah dan tidak diterima konsumen. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kombinasi suhu dan pelilinan optimum untuk menjaga kualitas manggis. Variabel responnya yaitu susut bobot. Rancangan penelitian dilakukan untuk analisa menggunakan CCD ( Central Composite Design) dengan dua faktor (variabel). Variabel yang dioptimasi yaitu suhu penyimpanan (X 1 ) 6 C, 8 C, 13 C, 18 C, 20 C, dan konsentrasi pelilinan (X 2 ) 4%, 5%, 7,5%, 10%, 11%. Optimasi orde kedua menghasilkan model persamaan: Y = -1,276 + 0,107X 1 + 0,239X 2 0,002X 1 X 2-0,002X 2 1-0,010X 2 2. Model ini menghasilkan plot permukaan maksimum yang terbentuk dari nilai-nilai optimum pada suhu penyimpanan 13 0 C dan konsentrasi lilin 6% dengan perubahan susut bobot 0,5 gr per hari. Kata kunci: metode respons surface, manggis, suhu, konsentrasi pelilinan, susut bobot. PENDAHULUAN MRS merupakan teknik optimasi yang banyak digunakan dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang pertanian khususnya penanganan pasca panen buah manggis untuk memperpanjang masa simpan dan mempertahankan mutu buah segar. Salah satu kelebihan dari MRS adalah dihasilkannya model matematik yang dapat digunakan untuk memperkirakan nilai respon pada berbagai kombinasi perlakuan yang diinginkan. Pada penelitian ini dikaji penggunaan MRS untuk optimasi penanganan pasca panen buah manggis yang bertujuan menentukan kombinasi suhu dan pelilinan yang optimum untuk mutu simpan manggis yang diharapkan. Buah manggis merupakan buah bernilai ekonomis tinggi dan menjadi andalan ekspor Indonesia Penanganan pasca panen yang belum tepat merupakan salah satu penyebab sebagian buah manggis Indonesia bermutu rendah dan tidak diterima konsumen.
Kerusakan pasca panen buah manggis dapat dicegah dengan metode pasca panen yang tepat, sehingga kehilangan hasil dapat diminimalkan. Penanganan pasca panen yang baik dapat memperpanjang umur simpan dan mengurangi susut bobot selama penyimpanan dan transportasi. BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah buah manggis, lilin lebah dan air destilat. Alat yang digunakan adalah lemari pendingin untuk penyimpanan, timbangan digital, termometer, kipas angin. Metode Penelitian 1. Rancangan Percobaan Percobaan dirancang agar data yang dihasilkan dapat diolah menggunakan Metode Respon Surface (MRS). Pada penelitian ditetapkan dua variabel bebas yaitu suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan. Hasil penelitian yang ada menunjukkan bahwa suhu dan pelilinan merupakan faktor yang cukup dominan dalam mempengaruhi perubahan mutu manggis. Variable mutu yang optimumkan sebagai variable respon adalah susut bobot. Secara lengkap rancangan percobaannya adalah sebagai berikut: a. Variabel Prediktor : - Suhu, dinotasikan X 1 dengan range antara 6 sampai dengan 20 0 C - Konsentrasi lilin, dinotasikan X 2 dengan range antara 4% sampai dengan 11% b. Variabel Respon: susut bobot c. Model Orde Pertama : faktorial 2 2 ditambah ulangan pada perlakuan titik pusat (center point), sehingga ada 5 perlakuan dengan 9 pengamatan. d. Model Orde Kedua: digunakan model Central Composite Design (CCD) dengan menambah perlakuan 4 axialpoint pada nilai α = 1,414, sehingga secara total ada 8 perlakuan dengan 13 pengamatan. Perlakuan adalah kombinasi dua variabel bebas yang nilainya ada pada nilai range yang telah ditetapkan ( 6 o C 20 o C untuk suhu dan 4% - 11% untuk konsentrasi pelilinan).
Terkait dengan penggunaan software untuk pengolahan data, maka dilakukan pengkodean terhadap perlakuan. Hubungan antara kode perlakuan dan perlakuan dapat dilihat pada Tabel 1 dan rancangan percobaan dengan sistem pengkodean dapat dilihat pada Tabel 2. Perlakuan Suhu Penyimpanan (X 1 ) Konsentrasi Pelilinan (X 2 ) Tabel 1. Perlakuan dan Kode Perlakuan Kode Perlakuan -1.414-1 0 1 1.414 5.93 8 13 18 20.07 3.965 5 7.5 10 11.035 Tabel 2. Rancangan Percobaan dengan sistem pengkodean No Suhu Penyimpanan Konsentrasi Pelilinann Respon Kode o C Kode (%) 1-1 8-1 5 2-1 8 1 10 3 1 18-1 5 4 1 18 1 10 5 0 13-1.414 3.9 6 0 13 1.414 11 7-1.414 5.93 0 7.5 8 1.414 20.07 0 7.5 9 0 13 0 7.5 10 0 13 0 7.5 11 0 13 0 7.5 12 0 13 0 7.5 13 0 13 0 7.5 2. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian sebagai berikut: 1.Buah manggis yang telah dipanen dari kebun, dibersihkan dari semut dan kotoran yang menempel dengan tangan kemudian dilakukan sortasi kematangan dan ukuran. 2.Tahap selanjutnya buah manggis dicelupkan pada emulsi lilin berupa lilin lebah dengan konsentrasi 4%, 5%, 7,5%, 10% dan 11%. Emulsi lilin standar 12 persen dibuat dengan melarutkan 120 gram lilin lebah dalam wadah pada suhu 90-95 o C, lalu ditambahkan 20 ml asam oleat dan 40 ml trietanolamin sambil diaduk sampai homogen. Pembuatan emulsi dilanjutkan dengan mengencerkan campuran tersebut dengan air mendidih (95 o C) sampai volume 1000 ml kemudian diaduk dengan mixer kurang lebih 15 menit dan hasilnya didinginkan untuk penggunaan selanjutnya (Setyowati dan Budiarti 1992). Untuk
pengencerannya, dilakukan penambahan air tidak sadah sesuai dengan perbandingan yang ada dan diaduk dengan mixer. Pelilinan dilakukan dengan metode pencelupan selama 60 detik kemudian ditiriskan dan dibantu dengan kipas angin sekitar 3 menit. Setelah proses pencelupan selesai dan bahan pelapis mulai kering, buah manggis kemudian dikemas dengan kemasan plastik strech film. 3.Selanjutnya buah manggis disimpan dalam lima suhu ruang yang berbeda, yaitu suhu 6 C, 8 C, 13 C, 18 C dan 20 C. Selama penyimpanan dilakukan pengukuran terhadap susut bobot. Pengamatan Variabel respon Susut Bobot Pengukuran susut bobot dilakukan dengan menggunakan timbangan Mettler PM-4800. Susut bobot diukur berdasarkan persentase penurunan bobot bahan sejak awal penyimpanan dingin sampai akhir penyimpanan dingin. Susut bobot diperoleh dengan membandingkan pengurangan bobot awal (b o ) dengan bobot pengimpanan hari ke i (b i ) yang dinyatakan dengan persen. Pengukuran susut bobot dilakukan setiap 3 hari sekali. Rumus yang digunakan untuk mengukur susut bobot adalah sebagai berikut: bo bi Susut bobot (%) x 100% bo Dimana: b o b i = bobot bahan awal penyimpanan (gram) = bobot bahan pada penyimpanan hari ke i (gram) HASIL DAN PEMBAHASAN Susut bobot terjadi karena selama proses penyimpanan menuju pemasakan terjadi perubahan berupa pelepasan air. Menurut Kader ( 2006) kehilangan air tidak saja berpengaruh langsung terhadap kehilangan kualitatif, tetapi juga menyebabkan kerusakan tekstur, kandungan gizi dan kerusakan lain (pengerutan). Pada Gambar 1, grafik dari semua perlakuan menunjukkan kecenderungan peningkatan susut bobot selama penyimpanan. Peningkatan susut bobot terjadi karena buah selama penyimpanan mengalami proses respirasi yang mengubah gula menjadi CO 2 dan H 2 O serta
terjadinya transpirasi aktif. Transpirasi merupakan faktor dominan penyebab susut bobot yaitu terjadi perubahan fisiokimia berupa penyerapan dan pelepasan air ke lingkungan. Susut bobot pada penelitian ini mengalami kenaikan seiring dengan lamanya penyimpanan. Susut bobot terendah terdapat pada suhu 8 0 C dan konsentrasi pelilinan 10%. Sedangkan susut bobot tertinggi diperoleh dari perlakuan suhu 20 0 C dan konsentrasi lilin 7,5%. Gambar 1 Grafik laju susut bobot Sihombing (2010) melaporkan bahwa semakin tinggi suhu penyimpanan maka susut bobot buah juga akan semakin tinggi yang disebabkan karena laju respirasi yang semakin tinggi sehingga menyebabkan laju transpirasi buah manggis juga akan semakin tinggi. Menurut Baldwin (2005) pelilinan dapat menutupi luka -luka goresan pada permukaan kulit buah, membuat kulit tampak lebih mengkilap sehingga lebih menarik, selain itu dapat menghambat kehilangan air dan respirasi yang dapat menyebabkan penyusutan bobot buah. Grafik laju susut bobot pada Gambar 1 menunjukkan hubungan antara laju susut bobot dengan waktu penyimpanan. Selama waktu penyimpanan, laju susut bobot mengalami peningkatan. Pelilinan dan penyimpanan dalam suhu rendah mampu menghambat proses respirasi dan transpirasi. Suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan dapat dijadikan sebagai variabel bebas dalam melihat responnya pada laju susut bobot dengan memakai Metode Respon Surface (MRS).
Analisis Model Orde Pertama untuk Perubahan Laju Susut Bobot Analisis orde pertama dilakukan untuk memperoleh suatu pendugaan yang tepat dalam fungsi yang sebenarnya antara respon susut bobot dan variabel bebasnya. Dua peubah bebas yang mempengaruhi hasil adalah suhu dan konsentrasi lilin sehingga diperoleh persamaan orde pertama untuk perubahan laju susut bobot: Dimana: Y = -2,503 + 0,428X 1 + 0,025X 2 Y = perubahan laju susut bobot (gr/hari) X 1 = suhu penyimpanan X 2 = konsentrasi pelilinan Pengaruh signifikansi variabel-variabel yang digunakan dari hasil pengolahan data percobaan dapat dilihat dari nilai p. Analisis statistika untuk signifikansi pengaruh dari kedua variabel yaitu suhu penyimpanan (X 1 ) dan konsentrasi pelilinan (X 2 ) seperti yang terlihat pada Tabel 3. Tabel 3. Analisis regresi orde pertama Parameter Hasil analisa Statistika Koefisien Nilai p Konstanta -2,503 0,027 X 1 0,428 0,009 X 2 0,025 0,720 R 2 89,6% Lack of fit 0 Berdasarkan hasil analisis statistika, dapat diketahui bahwa suhu penyimpanan mempunyai pengaruh terhadap perubahan laju susut bobot karena nilai p-nya 0,009 lebih kecil dari α (0,05). Hasil ini menyatakan bahwa Ho diterima (suhu mempengaruhi susut bobot). Sementara nilai p dari perlakuan pelilinan adalah 0,720 lebih besar dari nilai α yang artinya bahwa pelilinan tidak berpengaruh terhadap perubahan laju susut bobot. Hasil ini menguatkan hasil penelitian terdahulu yang menyatakan bahwa lama penyimpanan dan suhu penyimpanan berpengaruh sangat nyata terhadap susut bobot manggis (Riza 2004). Nilai R 2 untuk persamaan ordo pertama relatif tinggi (R 2 = 0,89) yang menunjukkan model cukup baik menggambarkan sebaran data hasil penelitian, tetapi nilai uji lack of fit sebesar 0 menyebabkan perlu dilakukan analisis selanjutnya yaitu analisis model orde kedua.
Analisis Model Orde Kedua untuk Perubahan Laju Susut Bobot Data diolah sesuai dengan rancangan percobaan orde kedua dengan memakai software SAS selanjutnya dianalisis untuk menentukan koefisien-koefisien pemodelan orde kedua sehingga diperoleh persamaan: Y = -1,276 + 0,107X 1 + 0,239X 2 0,002X 1 X 2-0,002X 1 2-0,010X 2 2 Hasil perhitungan data ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Koefisien regresi orde kedua Parameter Hasil Analisis Statistika Koefisien Nilai p Konstanta -1,276 0,003 X 1 0,107 0,448 X 2 0,239 0,257 X 1 *X 2-0,002 0,869 X 1 *X 1-0,002 0,610 X 2 *X 2-0,010 0,640 R 2 27,5% Lack of fit 0,010 Hasil uji lack of fit model orde kedua diperoleh p-value = 0,01 atau lebih kecil dari α (0,05) yang berarti ada lack of fit atau menolak pernyataan bahwa tidak ada lack of fit sehingga model orde kedua belum sesuai dengan model yang diduga. Nilai koefisien determinasi (R 2 ) untuk susut bobot sebesar 0,27. Nilai determinasi menjelaskan bahwa sekitar 27 persen data hasil penelitian merupakan pengaruh dari faktor-faktor perlakuan sedangkan 73 persen berasal dari faktor-faktor di luar perlakuan yang diamati. Hasil uji parameter regresi seperti yang terlihat pada Tabel 4 diatas menunjukkan bahwa suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan tidak memberikan pengaruh karena nilai p lebih besar dari α. Gambar permukaan respon dari data perubahan laju susut bobot yang dihasilkan pada beberapa kondisi perlakuan yang menggunakan uji RSM dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3.
Gambar 2. Permukaan tanggap perubahan laju susut bobot (gr/hari) dengan berbagai variasi suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan Gambar 3. Kontur perubahan laju susut bobot (gr/hari) dengan berbagai variasi suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan Gambar 3 menunjukkan pengaruh suhu terhadap perubahan laju susut bobot lebih kuat dibandingkan dengan konsentrasi pelilinan. Hal ini dapat dilihat dari perubahan warna yang terjadi untuk setiap perubahan suhu pada konsentrasi pelilinan yang sama. Jika dilihat dari kontur, informasi yang didapat adalah perlakuan suhu penyimpanan dengan range 6-10 o C menunjukkan pengaruh nyata terhadap perubahan laju susut bobot, sedangkan range suhu 12-20 0 C memberikan pengaruh yang relative sama untuk konsentrasi pelilinan yang sama. Garis kontur pada Gambar 2 menunjukkan bahwa laju susut bobot mendekati pusat mempunyai kecenderungan nilai membesar. Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh kombinasi perlakuan suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan kecenderungannya mempunyai nilai
maksimum. Gambar 3 memperlihatkan bahwa susut bobot yang dapat dipertahankan semakin meningkat dengan semakin tingginya suhu penyimpanan dan konsentrasi pelilinan hingga pada suatu titik tertentu. Hal ini dapat disebabkan karena suhu yang semakin tinggi menyebabkan laju respirasi tinggi sehingga penguapan air yang terjadi semakin besar. Sesuai dengan pernyataan Mahmudah (2008) bahwa pelilinan dan penyimpanan pada suhu rendah akan menghambat proses respirasi dan transpirasi yang merupakan faktor penyebab terjadinya susut bobot. Kays (1991) mengemukakan bahwa suhu mempengaruhi kandungan air udara disekitar produk yang disimpan. Semakin rendah suhu, semakin rendah pula jumlah air maksimum yang dikandung udara. Fluktuasi suhu penyimpanan dapat menyebabkan terjadinya kehilangan air yang lebih cepat dibandingkan suhu penyimpanan yang konstan. Permukaan tanggap yang diperoleh dari model orde kedua menunjukkan maksimisasi nilai perubahan laju susut bobot. Berdasarkan analisis kanonik untuk menentukan kondisi maksimum respon yaitu laju susut bobot diketahui bahwa nilai kritis untuk suhu penyimpanan adalah 16 0 C dan konsentrasi pelilinan 7%. Pada titik-titik tersebut nilai perubahan laju susut bobot diprediksi pada titik stasioner adalah maksimum yaitu 0,71 gr/hari. Perlakuan suhu dan pelilinan mempunyai tujuan minimisasi laju susut bobot. Oleh karena nilai maksimum dihasilkan pada model ini tidak dapat dinyatakan sebagai hasil yang optimum dalam menentukan responnya terhadap variabel bebas. Model persamaan ini masih dapat digunakan untuk optimasi perlakuan suhu dan pelilinan dengan memanfaatkan data-data hasil penelitian yang sudah ada sebagai referensi pengambilan keputusan dalam memilih kombinasi perlakuan yang sesuai. Kontur perubahan susut bobot masih dapat digunakan untuk menentukan prediksi kombinasi perlakuan suhu dan pelilinan yang masih layak untuk dilakukan, seperti tampak pada Gambar 3, kombinasi suhu 13 dan pelilinan 6% akan menghasilkan susut bobot 0,5 gr/hari. Range suhu yang masih dapat digunakan yaitu 10-20 o C karena suhu yang dianjurkan untuk buah-buahan umumnya 10-20 o C dan pelilinan 5-7%. Story (1991) menyatakan bahwa apabila produk segar kehilangan airnya lebih dari 10% dari berat basah, maka buah tersebut tidak dapat dipasarkan lagi. Proses penuaan berlangsung dengan cepat dan kerusakan dari komoditi dapat segera terjadi di udara terbuka. Pada suhu rendah proses tersebut dihambat, sehingga umur simpan komoditi menjadi lebih panjang (Syarif et al. 1990). Penyimpanan suhu rendah dapat menekan
kecepatan respirasi dan transpirasi sehingga proses ini berjalan lambat, akibatnya ketahanan simpannya cukup panjang dengan susut bobot minimal, mutu baik dan pasaran tetap tinggi (Soedibyo 1979). KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Dari parameter mutu yang diuji yaitu susut bobot sebagai respon terhadap variabel bebas menunjukkan bahwa susut bobot mempunyai model matematika orde kedua adalah : Y = -1,276 + 0,107X 1 + 0,239X 2 0,002X 1 X 2-0,002X 1 2-0,010X 2 2 2. Kombinasi suhu dan pelilinan optimum pada suhu 13 0 C dan konsentrasi lilin 6% dengan perubahan susut bobot 0,5 gr per hari serta menghasilkan plot surface berbentuk maksimum. Saran Rancangan yang dilakukan pada penelitian ini dengan perlakuan kombinasi suhu antara 6 o C-20 o C dan pelilinan 4%-11% menghasilkan respon yamg maksimum, sementara yang diharapkan adalah respon minimum. Oleh karena itu perlu dikaji ulang dengan penentuan range suhu dan pelilinan yang baru untuk menghasilkan minimisasi kontur dari respon parameter mutu. DAFTAR PUSTAKA Baldwin EA. 2005. Edible Coating. Dalam Shimshon BY (Ed.). E nvironmentally Friendly Technologies for Agricltural Produce Quality. Taylor and Francis. London. Kader, A. 2006. Mangosteen facts, Recommendations for Maintaining Postharvest Quality. http://postharvest.ucdavis.edu.shtml. [20 Juli 2011]. Riza, Ida D. 2004. Kajian Pelilinan dalam Penyimpanan Manggis Segar ( Garcinia mangostana L.). Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Setyowati RN, Budiarti A. 1992. Pasca Panen Sayur. Penebar Swadaya. Jakarta. Sihombing Y. 2010. Kajian Pengaruh Konsentrasi Pelilinan dan Suhu Penyimpanan terhadap Mutu Buah Manggis ( Garcinia mangostana L.). Tesis. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor. 108 hlm. Soedibyo M. 1979. Penanganan Pasca Panen Buah-buahan dan Sayur-sayuran. Puslitbang Hortikultura. Jakarta. Syarif R, Hariyadi H. 1990. Teknologi Penyimpanan Pangan. Kerjasama dengan Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB. Arcan. Jakarta.