P-ISSN E-ISSN Vol. 4, No. 2, Oktober PDF

Please download to get full document.

View again

of 11
230 views
PDF
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Document Description
P-ISSN E-ISSN Vol. 4, No. 2, Oktober 2016 Jurnal Keteknikan Pertanian (JTEP) merupakan publikasi resmi Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA). JTEP terakreditasi berdasarkan
Document Share
Document Transcript
P-ISSN E-ISSN Vol. 4, No. 2, Oktober 2016 Jurnal Keteknikan Pertanian (JTEP) merupakan publikasi resmi Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA). JTEP terakreditasi berdasarkan SK Dirjen Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Ristek Dikti Nomor I/E/KPT/2015 tanggal 21 September Selain itu, JTEP juga telah terdaftar pada Crossref dan telah memiliki Digital Object Identifier (DOI) dan telah terindeks pada ISJD, IPI, Google Scholar dan DOAJ. Sehubungan dengan banyaknya naskah yang diterima redaksi, maka sejak edisi volume 4 No. 1 tahun 2016 redaksi telah meningkatkan jumlah naskah dari 10 naskah menjadi 15 naskah untuk setiap nomor penerbitan, tentunya dengan tidak menurunkan kualitas naskah yang dipublikasikan. Jurnal berkala ilmiah ini berkiprah dalam pengembangan ilmu keteknikan untuk pertanian tropika dan lingkungan hayati. Jurnal ini diterbitkan dua kali setahun baik dalam edisi cetak maupun edisi online. Penulis makalah tidak dibatasi pada anggota PERTETA tetapi terbuka bagi masyarakat umum. Lingkup makalah, antara lain: teknik sumberdaya lahan dan air, alat dan mesin budidaya pertanian, lingkungan dan bangunan pertanian, energy alternatif dan elektrifikasi, ergonomika dan elektonika pertanian, teknik pengolahan pangan dan hasil pertanian, manajemen dan sistem informasi pertanian. Makalah dikelompokkan dalam invited paper yang menyajikan isu aktual nasional dan internasional, review perkembangan penelitian, atau penerapan ilmu dan teknologi, technical paper hasil penelitian, penerapan, atau diseminasi, serta research methodology berkaitan pengembangan modul, metode, prosedur, program aplikasi, dan lain sebagainya. Penulisan naskah harus mengikuti panduan penulisan seperti tercantum pada website dan naskah dikirim secara elektronik (online submission) melalui Penanggungjawab: Ketua Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,IPB Dewan Redaksi: Ketua : Wawan Hermawan (Institut Pertanian Bogor) Anggota : Asep Sapei (Institut Pertanian Bogor) Kudang B. Seminar (Institut Pertanian Bogor) Daniel Saputra (Universitas Sriwijaya, Palembang) Bambang Purwantana (Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta) Y. Aris Purwanto (Institut Pertanian Bogor) M. Faiz Syuaib (Institut Pertanian Bogor) Salengke (Universitas Hasanuddin, Makasar) Anom S. Wijaya (Universitas Udayana, Denpasar) Redaksi Pelaksana: Ketua : Rokhani Hasbullah Sekretaris : Lenny Saulia Bendahara : Hanim Zuhrotul Amanah Anggota : Usman Ahmad Dyah Wulandani Satyanto K. Saptomo Slamet Widodo Liyantono Sekretaris : Diana Nursolehat Penerbit: Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA) bekerjasama dengan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Alamat: Jurnal Keteknikan Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Kampus Institut Pertanian Bogor, Darmaga, Bogor Telp , Fax , atau Website: web.ipb.ac.id/~jtep atau Rekening: BRI, KCP-IPB, No a/n: Jurnal Keteknikan Pertanian Percetakan: PT. Binakerta Makmur Saputra, Jakarta Ucapan Terima Kasih Ucapan Terima Kasih Redaksi Jurnal Keteknikan Pertanian mengucapkan terima kasih kepada para Mitra Bebestari yang telah menelaan (me-review) Naskah pada penerbitan Vol. 4 No. 2 Oktober Ucapan terima kasih disampaikan kepada: Prof.Dr.Ir. Thamrin Latief, M.Si (Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya), Prof.Dr.Ir. Ade M. Kramadibrata, (Fakultas Pertanian, Universitas Padjadjaran), Prof.Dr.Ir. Bambang Purwantan, MS (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada), Prof.Dr.Ir. Tineke Madang, MS (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Prof.Dr.Ir. Sutrisno, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Prof.Dr.Ir. Budi Indra Setiawan (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Siswoyo Soekarno, M.Eng (Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya), Dr.Ir. Nugroho Triwaskito, MP (Prodi. Ilmu dan Teknologi Pangan, Universitas Muhammadiyah Malang), Dr.Ir. Lady Corrie Ch Emma Lengkey, M.Si (Fakultas Pertanian, Universitas Sam Ratulangi), Dr.Ir. Andasuryani, S.TP, M.Si. (Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Andalas), Dr. Yazid Ismi Intara, SP.,M.Si. (Fakultas Pertanian, Universitas Mulawarman), Dr. Ir. Supratomo, DEA (Fakultas Pertanian, Universitas Hasanuddin), Dr. Suhardi, STP.,MP (Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Hasanuddin), Dr.Ir. Desrial, M.Eng (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Lilik Pujantoro, M.Agr (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Dyah Wulandani, M.Si (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Sugiarto (Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, MS (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Chusnul Arief, STP., MS (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr. Yudi Chadirin, STP.,M.Agr (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor). , Oktober 2016 Tersedia online OJS pada: Vol. 4 No. 2, p P-ISSN E-ISSN DOI: /jtep Technical Paper Prediksi Kandungan Kafein Biji Kopi Arabika Gayo dengan Near Infrared Spectroscopy Prediction of Caffein Content of Arabica Coffee Bean by Near Infrared Spectroscopy Rini Rosita, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. I Wayan Budiastra, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Sutrisno, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Abstract Caffein is one of the important quality indicator of coffee. Caffein content usually determined by chemical method. Alternative method such Near Infrared Spectroscopy (NIRS) is needed to determine caffein content of coffee rapidly and nondestructively. Applications of NIRS to predict caffein content of coffee were carried out in coffee powders and liquid not in coffee beans. The objective of this study was to assess NIRS method to predict caffein content of arabica coffee bean. Coffee bean samples were placed in petri dish with 2 and 3 layers. The reflectances are measured BY FT-NIR Spectrometer in wavelengths of nm, followed by determination of caffein content by chemical method. Some pre-processing NIRS data such as normalization between 0 and 1 (n01), first derivative of Savitzky-Golay 5 points (dg1), second derivative of Savitzky-Golay 5 points (dg2), combination n01 and dg1, combination n01 and dg2, and PLS calibration to increase accuracy of NIRS prediction. The best prediction is obtained by second derivative and 5 factors PLS with 3 layers of coffee beans with the high R = 0.97 and RPD (5.93), low of SEP and CV (0.007%, 1.76%). This study demonstrated that NIR spectroscopy had excellent potential analysis to determine caffein content of coffee beans. Keywords: Coffee bean, caffein, second derivative Savitzky-Golay 5 points, NIRS, PLS Abstrak Kafein merupakan salah satu indikator mutu terpenting dari kopi. Biasanya kandungan kafein kopi ditentukan dengan metoda kimia. Metoda alternatif seperti Near Infrared Spectroscopy (NIRS) diperlukan untuk penentuan kandungan kafein biji kopi secara cepat dan nondestruktif. Hingga saat ini, aplikasi NIRS untuk penentuan kandungan kafein dilakukan pada kopi bubuk atau kopi cair dan bukan pada biji kopi. Tujuan penelitian ini adalah mengkaji metoda NIRS untuk memprediksi kandungan kafein biji kopi arabika gayo. Biji kopi diletakkan dalam cawan petri dengan 2 dan 3 tumpukan. Reflektan biji kopi diukur menggunakan FT-NIR Spectrometer pada panjang gelombang nm. Dilanjutkan dengan penentuan kandungan kafein kopi dengan metode kimia. Beberapa pra-pengolahan data NIRS seperti normalisasi antara 0 1 (n01), derivatif pertama Savitzky-Golay 5 point (dg1), derivatif kedua Savitzky- Golay 5 point (dg2), kombinasi n01 dan dg1, dan kombinasi n02 dan dg2 serta kalibrasi dengan PLS dilakukan untuk meningkatkan akurasi metoda NIRS. Prediksi NIRS terbaik diperoleh dengan pra-pls dengan 3 tumpukan dengan koefisien korelasi (R = 0.97) dan RPD (5.93) yang tinggi, SEP dan CV yang rendah (0.007%, 1.76%). Penelitian ini membuktikan metode NIRS berpotensi untuk analisis kandungan kafein biji kopi. Kata Kunci: Biji kopi, kafein, derivatif kedua Savitzky-Golay 5 point, NIRS, PLS Diterima: 18 Maret 2016; Disetujui: 27 April Rosita, et al. 180 Latar Belakang Kopi merupakan salah satu komoditas ekspor andalan Indonesia yang mendatangkan devisa bagi negara. Ekspor biji kopi Indonesia mengalami peningkatan sebesar 15.99% pada tahun 2013 dengan nilai devisa mencapai 1,166,179 ribu US$ (BPS 2014). Konsultan International Coffee Organization (ICO) yaitu P & A Marketing International memperkirakan bahwa pertumbuhan konsumsi kopi global dalam periode meningkat 35.5%. Salah satu andalan ekspor kopi Indonesia adalah kopi gayo yang merupakan varietas hasil seleksi yang dikembangkan petani yang produksinya terus mengalami peningkatan (Hifnalisa dan Karim 2008). Faktor penting untuk peningkatan ekspor kopi arabika gayo adalah mutu biji yang tinggi. Kandungan kopi yang dianggap paling penting adalah kafein yang memiliki efek farmakologis memberi manfaat secara klinis (Maramis et al. 2013). Penentuan kandungan kafein yang akurat biasanya dilakukan melalui analisis laboratorium kimia. Metode ini menghabiskan waktu yang lama dan mahal, sehingga kurang tepat untuk penentuan mutu kopi biji ekspor. Oleh karena itu diperlukan metode penentuan mutu biji kopi secara nondestruktif. Metode Near infrared spectroscopy (NIRS) dapat menganalisis dengan kecepatan tinggi, tidak menimbulkan polusi, penggunaan preparat contoh yang sederhana, tidak menggunakan bahan kimia dan dapat menganalisis bahan dengan tidak merusak (nondestruktif). Metoda NIRS telah berhasil untuk penentuan mutu kopi, antara lain penentuan karakterisasi organoleptik kopi roasting (Pizarro et al. 2004), perbedaan antara varietas Arabika dan Robusta (Downey et al. 2005), kadar air (Reh et al. 2006) dan roasting control (Alessandrini et al. 2008). Huck et al. (2005), menganalisis kandungan kafein bubuk kopi. Hasil penelitian menunjukkan kandungan alkaloid kopi 6% lebih tinggi jika dibandingkan dengan deteksi UV. Metode LC-UV dipilih sebagai metode referensi untuk kalibrasi dari sistem NIRS. Analisis pada 83 sampel ekstrak kopi menghasilkan SEE (standard error estimation) dari 0.34/100 g sedangkan untuk SEP (standard error prediction) sebesar 0.07/100 g dengan koefisien keseragaman (CV) Penelitian NIRS yang dilakukan umumnya dalam bentuk kopi bubuk dan kopi cair, dan belum ada yang melakukan dalam bentuk biji. Tujuan penelitian ini adalah mengkaji metode NIRS untuk penentuan kandungan kafein biji kopi secara cepat, efisien, dan nondestruktif. Bahan dan Metode Bahan dan Alat Bahan yang digunakan adalah kopi arabika gayo yang diperoleh dari Kabupaten Aceh Tengah. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah gram biji kopi (kadar air 11 14% bb) untuk pengukuran reflektan NIRS dan 3 gram kopi arabika gayo atau kopi hijau untuk analisis kafein. Bahan kimia berupa Pb Asetat, natrium oksalat, dan aquades. Alat yang digunakan satu unit NIR Spektrometer tipe NIRFlex N-500 yang diproduksi oleh BUCHI Labortechnik AG. Switzerland dilengkapi software unscrambler, blender, water bath dan HPLC. Pengukuran NIRS Biji kopi dibagi 65% untuk kalibrasi (33 sampel) dan 35% (17 sampel) untuk validasi, sehingga total sampel adalah 50 buah. Sampel ditempatkan dalam sampleholder (petri dish) berdiameter 5 cm dan tinggi 1.5 cm yang disusun dalam 2 jenis tumpukan yaitu 2 layer dan 3 layer. Reflektan kopi pada panjang gelombang 1,000 2,500 nm diukur dan direkam dengan NIRFlex N-500 solids petri dengan set up alat sebagai berikut: kecepatan pengambilan data 3 scan/s, suhu pengoperasian alat o C dengan kebutuhan tenaga listrik VAC ± 10%, 50/60 Hz, 350 Watt. Penentuan Kandungan Kafein Penentuan kandungan kafein dilakukan setelah pengukuran NIRS. Biji kopi digiling menggunakan blender dan disaring menggunakan saringan teh. Sampel yang berupa powder ditambahkan dengan aquades sebanyak 50 ml dan selanjutnya dipanaskan selama 30 menit dalam water bath dengan suhu o C. Kemudian ditambahkan 2 tetes Pb asetat jenuh kedalam larutan setelah proses pendinginan, selanjutnya dilakukan penyaringan dalam labu 100 ml dan ditambahkan aquades dan 5 gram natrium oksalat. Kemudian 20 ml sampel dimasukkan ke dalam HPLC pada suhu o C untuk mendapatkan konsentrasi kafein. Konsentrasi kafein dalam sampel (C caf ) dihitung dengan menggunakan persamaan regresi yang diperoleh dan membandingkan dengan larutan standar. Persentase kafein dihitung dengan formula: (1) Pengolahan Data NIRS Untuk menghasilkan model prediksi terbaik dilakukan tiga pra-pengolahan data spektra NIRS yaitu: normalisasi antara 0 1 (n01), turunan pertama (dg1) dan kedua Savitzky-Golay (dg2) dan kombinasi keduanya. Lengkey et al. (2013) menjelaskan normalisasi berfungsi untuk memperbesar nilai reflektan ke dalam rentang 0 1 sehingga akan tampak lebih jelas perbedaannya dan menghilangkan pengaruh perbedaan ukuran partikel sampel uji. Sementara itu, turunan pertama dan kedua Savitzky-Golay berfungsi untuk menguraikan komponen kafein yang tumpang Volume 4, 2016 Kafein biji kopi dengan near infrared spectroscopy Tabel 1. Sebaran kandungan kafein biji kopi. tindih dan komponen-komponen yang bersatu serta menekan komponen yang tidak diinginkan sehingga memunculkan komponen yang diinginkan. Kalibrasi dan Validasi Dalam penelitian ini digunakan metode Partial Least Squares (PLS) untuk membangun model kalibrasi. PLS merupakan metode kalibrasi multivariat untuk pendugaan kandungan kafein mengunakan kombinasi linier untuk menduga variabel bebas dari variabel asli. Kinerja model regresi dievaluasi dengan Root mean square error prediction (RMSEP). Setelah didapatkan model persamaan regresi kalibrasi, dilakukan tahap validasi dengan menggunakan sisa data yang lain. Validasi bertujuan menguji ketepatan pendugaan kandungan kafein dengan persamaan regresi kalibrasi yang telah dibangun. Parameter untuk menentukan kecocokan model kalibrasi adalah koefesien determinasi (R 2 ), standard error (SE), coefficient of variation (CV). Kisaran nilai R 2 mulai dari 0% sampai 100% (Mattjik et al. 2006). (2) Data kandungan kafein dugaan NIRS divalidasi dengan data hasil pengujian secara kimiawi di laboratorium kimia dan dibuat hubungan antara keduanya, setelah itu dihitung standard error (SE). Nilai SE yang baik adalah semakin mendekati nol sehingga dipastikan model dapat memprediksi dengan baik kandungan dugaan. Setelah diperoleh nilai SE, dihitung pula koefisien keragaman atau coefficient of variability (CV). Walpole (1995) menyatakan bahwa simpangan baku (standar deviasi) tidak dapat menyatakan keragaman data. Menurut Mattjik et al. (2006) nilai ideal CV sangat tergantung pada bidang studi yang digeluti. Misalnya untuk bidang pertanian nilai CV yang dianggap wajar adalah 20 25%. Namun percobaan yang dilakukan di laboratorium diharapkan menghasilkan nilai CV jauh lebih rendah mengingat sebagian kondisi lingkungan dalam keadaan terkontrol. Selanjutnya keabsahan model dilihat dari parameter statistik yakni antara lain nilai R, RMSEP dan RPD (rasio antara standar deviasi dengan RMSEP). Model yang baik apabila mempunyai nilai R tinggi, nilai RMSEP yang lebih rendah dari standar deviasi prediksi (SD p ) dan nilai RPD yang tinggi. (3) (4) (5) RPD = SDp / RMSEP (6) Hasil dan Pembahasan Kandungan Kafein Kandungan kafein biji kopi gayo hasil analisis HPLC dapat dilihat pada Tabel 1. Kandungan kafein berkisar antara % dengan standar deviasi kalibrasi dan validasi Nilai ini lebih rendah dari kandungan kafein biji kopi tumpukan 3 tumpukan Reflektan Panjang gelombang (nm) Gambar 1. Rata-rata reflektan 2 dan 3 tumpukan. 181 Rosita, et al. Tabel 2. Hasil kalibrasi dan validasi dengan metode tumpukan, pengolahan data NIRS dan faktor PLS yang berbeda. madagaskar 0.7 (Jacques et al. 1992), atau kopi minas 0.66% (Hecimovic et al. 2011). Perbedaan tempat tumbuh dan varietas akan mempengaruhi kandungan kafein biji kopi. Terdapat 59 jenis kopi dengan karakteristik alkaloid rendah, misalnya beberapa jenis kopi di Brazil seperti Gojjam, Eritrea, Geisha, Harar, and Shoa (Burdan 2015). Dalam hal ini kopi gayo diduga termasuk dalam golongan alkaloid rendah. Selain itu perbedaan kandungan kafein dapat dipacu oleh reaksi yang kompleks yang terjadi selama proses pengolahan, serta hilangnya air dalam bahan akan mempengaruhi persentase dari kandungan kafein (Zhang et al. 2013). Spektrum Reflektan 2 dan 3 Tumpukan Biji Kopi Spektrum reflektan NIRS dengan 2 dan 3 tumpukan menghasilkan spektrum dengan pola yang hampir sama. Berdasarkan nilai rata-rata kedua tumpukan, nilai reflektan spektrum 3 tumpukan lebih tinggi dibandingkan 2 tumpukan (Gambar 1). Penumpukan biji (layer) yang lebih tinggi meningkatkan reflektan dengan menahan sinar yang tembus keluar. Pada pengujian biji yang biasanya mempunyai fraksi massa yang beragam mengakibatkan space pada layer. Desain pengukuran perlu diteliti lebih lanjut untuk menghasilkan spektrum dengan tingkat reflektan yang besar (Eriksson et al. 2000). Pengaruh Pengolahan Data NIRS Biji Kopi Pengolahan data merupakan hal penting saat mengembangkan model kalibrasi dengan algoritma PLS selain jumlah faktor yang akan digunakan. Pengujian dalam bentuk biji sering kali menghasilkan noise pada spektrum. Hal yang sama juga terjadi pada analisis katekin pada bongkahan gambir (Andasuryani et al. 2013), kandungan lemak pada biji jarak pagar (Lengkey et al. 2013) dan biji kakao (Zulfahrizal et al. 2014). Selain itu rendahnya nilai reflektan biji kopi berakibat pada sulitnya pengolahan data. Nicolai et al. (2007) menyatakan bahwa pengolahan data diperlukan karena reflektan dari suatu spektrum dipengaruhi oleh banyak hal, seperti efek hamburan, heterogenitas jaringan, noise instrumen yang kadang membuat spektrum menjadi rumit. Untuk meningkatkan nilai reflektan spektrum yang lebih baik, diperlukan transformasi data menggunakan metode normalisasi sehingga data awal yang berada pada rentang g/100g meningkat menjadi g/100g. Kombinasi transformasi lain yang bertujuan untuk meningkatkan model adalah derivatif pertama Savitzky-Golay dengan beberapa variasi point. Lengkey et al. (2013) melaporkan derivatif pertama Savitzky-Golay 9 point efektif dalam meningkatkan R pada model yang dibangun. Rodrigo et al. (2012) melaporkan Savitzky-Golay 15 point merupakan metode efektif dalam analisis kecacatan pada biji kopi. Namun dalam penelitian ini hanya digunakan turunan Savitzky-Golay 5 point. Gambar 2 menunjukkan rata-rata bentuk spektrum biji kopi pada beberapa pengolahan data NIRS. Pengaruh n01 terhadap spektrum original adalah memperlebar nilai reflektan yang semula berkisar berubah menjadi Jika dg1 diterapkan maka lembah spektrum asli akan lebih jelas dan menurunkan spektrum yang tumpang tindih. Efek ini lebih baik ketika dg2 diterapkan yaitu , namun perbedaan polanya tidak terlalu signifikan. Metode pra-pengolahan spektrum kombinasi n01 dan dg2 memiliki kualitas yang lebih rend
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks