Laporkan Masalah

Pemodelan Matematis Aplikasi Edible Coating Berbasis Pati Sagu dan Nano Selulosa pada Penyimpanan Pisang Mas (Musa acuminata cv. Aa) dan Cabai Merah (Capsicum annum l. Imperial 10) dengan Variasi Suhu dan Kelembaban Relatif

Rahmiyati Kasim, Dr.Ir. Nursigit Bintoro, M.Sc

2024 | Disertasi | S3 Mekanisasi/Teknik Pertanian

Pisang dan cabai merupakan jenis komoditas hasil pertanian yang mempunyai nilai ekonomi tinggi, namun sifatnya yang perishable sehingga mempengaruhi umur simpan dan kualitasnya selama penyimpanan. Salah satu usaha untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah metode pelapisan (coating) pada pisang dan cabai menggunakan campuran pati sagu dan nano fibre cellulose (CNF). Kinerja edible coating diantaranya dipengaruhi kondisi lingkungan (suhu dan RH). Untuk memprediksi keberhasilan coating yang efektif dan efisien, maka pada penelitian ini dilakukan metode pengembangan model matematika. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan formula optimum bahan baku coating (pati sagu, CNF, gliserol dan Tween-80). Tujuan kedua adalah mengkaji pengaruh suhu dan RH (relative humidity) terhadap perubahan fisik dan kimia pisang dan cabai merah. Selanjutnya, tujuan tahap akhir penelitian ini yaitu memodelkan laju respirasi (persamaan Arrhenius, Michaelis Menten dan analisis dimensi) dan permeabilitas uap air, oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) dengan analisis dimensi.  Penelitian ini terdiri dari 4 tahap. Tahap pertama  yaitu optimasi formula coating menggunakan desain faktorial 2k yang dianalisis dengan software design expert 12 dengan 4 variabel bebas dan 4 variabel respon. Variabel bebas terdiri dari  konsentrasi pati sagu (5-10% b/v), CNF (0-20% b/b pati sagu), gliserol (10 – 30% b/b pati sagu) dan Tween-80 (0-10% b/b pati sagu). Sementara itu, variabel respon terdiri dari  nilai permeabilitas uap air (WVP), permeabilitas oksigen (PO2) dan sudut kontak yang rendah serta nilai tensile strength yang tinggi. Tahap 2 dan 3 yaitu aplikasi formula edible coating terbaik pada pisang mas dan cabai Imperial 10 yang disimpan pada suhu dan RH yang bervariasi.  Pengaruh faktor suhu (10oC, 17,5oC dan 27oC untuk pisang, sedangkan suhu 5oC, 15oC dan 27oC untuk cabai) dan faktor RH (70%,80?n 90%) terhadap perubahan karakteristik fisik (susut bobot, warna, kekerasan, total padatan terlarut (TPT), total asam tertitrasi (TAT) selama penyimpanan dianalisis menggunakan repeated measure. Tahap terakhir yaitu analisis dimensi model laju respirasi, permeabilitas uap air dan permeabilitas gas (O2 dan CO2) menggunakan metode Buchingham phi. Hasil penelitian tahap I diperoleh formula coating terbaik hasil optimasi yaitu 5% (b/b) pati, 20% (b/b) CNF, 16% (b/b) gliserol dan 0,5% (b/b) Tween-80 untuk pisang. Selanjutnya untuk cabai, komposisi formula coating terbaik terdiri dari 5% (b/b) pati, 20% (b/b) CNF, 19% (b/b) gliserol dan 0,5% (b/b) Tween-80. Hasil penelitian tahap 2 diperoleh bahwa faktor suhu penyimpanan mempengaruhi laju respirasi dan semua karakteristik fisik seperti susut bobot, warna (L*, a*, b*, hue*, C* dan ?E) pada pisang dan sebagian karakteristik pada cabai yang diberi coating kecuali ?E, kekerasan, nilai TPT dan TAT. Selain itu perubahan susut bobot, nilai a*, C*, ?E baik pada pisang maupun cabai coating, nilai TPT pisang, b*, dan kekerasan cabai dipengaruhi oleh RH penyimpanan selama 7-10 hari penyimpanan. Pisang yang diberi pelapis campuran pati sagu dan CNF serta disimpan pada suhu 10oC dengan RH 80-90?pat  mempertahankan perubahan fisik dan kimia selama 21 hari penyimpanan. Sementara itu cabai yang diberi pelapis dapat bertahan sampai 21 hari penyimpanan jika disimpan pada suhu 5oCdengan RH 70%. Tahap 2 dan 3 juga diperoleh model matematis hasil kombinasi model kinetika dan model Arrhenius yang dapat digunakan untuk memprediksi perubahan sifat fisik dan kimia pisang dan cabai yang diberi pelapis coating berdasarkan  fungsi waktu dan suhu. Perubahan susut bobot, nilai L*, a*,b*,  nilai Hue*, C*,?E, nilai TPT pisang maupun cabai serta TAT pisang mengikuti orde 0. Sedangkan,  perubahan kekerasan pisang dan cabai yang disimpan pada suhu dan RH berbeda pada penelitian ini berturut-turut mengikuti orde reaksi 1 dan 2. Model prediksi laju respirasi pisang coating mengikuti model Michaelis Menten tipe kombinasi compotitive-uncompotitive baik RO2 maupun RCO2. sedangkan model Michaelis Menten tipe uncompotitive untuk RO2 dan RCO2 digunakan untuk menggambarkan model laju respirasi cabai coating campuran pati sagu dan CNF. Analisis dimensi yang dihasilkan pada penelitian ini menghasilkan model laju respirasi, permeabilitas uap air, serta permeabilitas O2 dengan tingkat akurasi yang cukup tinggi berdasarkan nilai koefisien determinan (R2) dan nilai RMSE. Model permeabilitas uap air hasil analisis dimensi mempunyai sensitivitas tertinggi terhadap ketebalan dan luas permukaan film. Sementara itu, model permeabilitas O2 dan CO2 lebih banyak berturut-turut dipengaruhi oleh konsentrasi O2 dan CO2. Novelty penelitian ini antara lain menghasilkan model matematika laju respirasi, permeabilitas uap air,  permeabilitas gas (O2 dan CO2) yang diharapkan dapat digunakan untuk memprediksi laju respirasi buah dan sayuran yang diberi pelapis coating campuran pati sagu dan CNF serta memprediksi nilai permeabilitas film dengan bahan yang sama. Oleh karena itu, model matematika yang dihasilkan diharapkan dapat menjadi pertimbangan sebelum mendesain edible coating yang tepat sehingga dapat menghemat waktu dan biaya.   

Bananas and chilies are types of agricultural commodities that have high economic value, but they are perishable, which affects their shelf life and quality during storage. One effort to overcome this problem is a coating method for bananas and chilies using a mixture of sago starch and nano fibre cellulose (CNF). The performance of edible coatings is influenced by environmental conditions (temperature and RH). To predict the success of an effective and efficient coating, this research used a mathematical model development method. This research aims to produce the optimum formula for coating raw materials (sago starch, CNF, glycerol and Tween-80). The second objective is to study the effect of temperature and RH (relative humidity) on physical and chemical changes in bananas and red chilies. Furthermore, the final stage of this research aims to model the respiration rate (Arrhenius equation, Michaelis Menten and dimensional analysis) and the permeability of water vapor, oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2) with dimensional analysis. The study consists of four steps. The first stage is optimizing the coating formula using a 2k factorial design which is analyzed using Design Expert 12 software with 4 independent variables and 4 response variables. The independent variables consist of the concentration of sago starch (5-10% w/v), CNF (0-20% w/w sago starch), glycerol (10 – 30% w/w sago starch), and Tween-80 (0-10 % w/w sago starch). Meanwhile, the response variables consist of water vapor permeability (WVP), oxygen permeability (PO2), and low contact angles as well as high tensile strength values. Stages 2 and 3 are the application of the best edible coating formula to mas bananas and Imperial 10 chilies which are stored at varying temperatures and RH.  The influence of temperature factors (10 oC, 17.5 oC, and 27oC for bananas, while temperatures of 5oC, 15oC, and 27oC for chilies) and RH factors (70%, 80%, and 90%) on changes in physical characteristics (weight loss, color, hardness, total dissolved solids (TSS), total titrated acid (TTA) during storage were analyzed using repeated measures.  The final phase is the analysis of the dimensions of the model of respiratory rate, water vapour permeability and gas permeability (O2 and CO2) using the Buckingham phi method. The results of the phase I study obtained the best formula result optimization consisting of 5% (b/b) sodium, 20% (b / b) CNF, 16% (b) b) glycerol and 0.5% (b (b), Tween-80 for bananas. The results of phase 2 research show that the storage temperature factor influences the respiration rate and all physical properties such as weight loss, color (L*, a*, b*, hue*, C*, and ?E) on the coated banana and some characteristics on the coated chilli except ?E, hardness, TSS and TTA values. In addition, changes in the loss weight, values of a*, C*, ?E on both coated banana and chilli, bananas TSS values, b*, and the firmness of chilli are affected by the RH for 7-10 days storage.  Bananas coated with a mixture of sago starch and CNF and stored at 10oC with RH 80-90?n maintain physical and chemical changes for 21 days of storage. Meanwhile, coated chilies can last up to 21 days of storage if stored at 5oC with RH 70%. Stages 2 and 3 also obtained a mathematical model resulting from a combination of the kinetic model and the Arrhenius model which can be used to predict changes in the physical and chemical properties of bananas and chilies that are coated with a coating based on a function of time and temperature. Changes in weight loss, L*, a*, b*, Hue*, C*, ?E values, TPT values ??of bananas and chilies and TAT of bananas follow the order 0. Meanwhile, changes in hardness of bananas and chilies stored at different temperatures and RH at This research follows reaction orders 1 and 2 respectively. The prediction model for the respiration rate of banana coating follows the Michaelis Menten model of the compotitive-uncompotitive combination type, both RO2 and RCO2. while the Michaelis Menten model of the uncompetitive type for RO2 and RCO2 was used to describe the respiration rate model for chili coating a mixture of sago starch and CNF. The dimensional analysis produced in this research produces models of respiration rate, water vapor permeability and O2 permeability with a fairly high level of accuracy based on the determinant coefficient (R2) and RMSE values. The water vapor permeability model resulting from dimensional analysis has the highest sensitivity to film thickness and surface area. Meanwhile, the O2 and CO2 permeability models are more influenced by O2 and CO2 concentrations, respectively. The novelty of this research includes, among other things, producing a mathematical model of respiration rate, water vapor permeability, gas permeability (O2 and CO2) which is expected to be used to predict the respiration rate of fruit and vegetables coated with a mixture of sago starch and CNF as well as predicting the permeability value of films with the materials used. The same. Therefore, it is hoped that the resulting mathematical model can be taken into consideration before designing the right edible coating so that it can save time and costs

Kata Kunci : Coating, Musa acuminata cv. AA, Capsicum annum L., Laju respirasi, Permeabilitas


    Tidak tersedia file untuk ditampilkan ke publik.