APLIKASI ENERGI GELOMBANG MIKRO UNTUK PENGENDALIAN HAMA GUDANG Araecerus fasciculatus De Geer PADA BIJI KAKAO
ANDI MUHAMMAD AKRAM MUKHLIS
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Aplikasi Energi Gelombang Mikro untuk Pengendalian Hama Gudang Araecerus fasciculatus De Geer pada Biji Kakao adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2014 Andi Muhammad Akram Mukhlis NIM F14100006
ABSTRAK ANDI MUHAMMAD AKRAM MUKHLIS. Aplikasi Energi Gelombang Mikro untuk Pengendalian Hama Gudang Araecerus fasciculatus De Geer pada Biji Kakao. Dibimbing oleh EDY HARTULISTIYOSO dan SLAMET WIDODO. Kualitas biji kakao Indonesia masih tergolong rendah akibat adanya interferensi serangga hama. Fumigasi merupakan upaya yang selama ini dilakukan untuk menekan interferensi serangga hama. Namun, kekhawatiran akan kesehatan dan polusi lingkungan telah menyebabkan cara tersebut kurang baik. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis pengaruh pemanasan dengan oven gelombang mikro dengan berbagai tingkat daya dan waktu terhadap mortalitas hama gudang Araecerus fasciculatus pada biji kakao dan penurunan kadar airnya serta penggunaan energi oven gelombang mikro selama proses pemanasan. Daya masukan oven gelombang mikro yang digunakan adalah 264 Watt, 400 Watt, dan 600 Watt, sedangkan waktu pemanasan adalah 60 detik, 120 detik, dan 180 detik dengan tiga kali ulangan. Mortalitas hama gudang Araecerus fasciculatus mengalami peningkatan dengan meningkatnya tingkat daya dan waktu pemanasan. Hama Araecerus fasciculatus mencapai mortalitas 100% pada tingkat daya 600 watt selama 180 detik dengan penggunaan energi sebesar 99.720 Joule. Persentase penurunan kadar air basis basah pada tingkat daya dan waktu tersebut sebesar 28,7 %. Kata kunci: Araecerus fasciculatus, energi, gelombang mikro, kakao
ABSTRACT ANDI MUHAMMAD AKRAM MUKHLIS. Microwave Energy Application for Leading Warehouse Pest Araecerus fasciculatus De Geer on Cocoa Bean. Supervised by EDY HARTULISTIYOSO and SLAMET WIDODO. Cocoa bean from Indonesia may not be qualified enough caused by weevil pest interference. These days, fumigation is a solution to push down the weevil pest interference. However, anxious about health problem and environment pollution issue have judged the way to be unsafe mode. The aim of this research is to analyze the heating effect using microwave oven with various levels of power and time concerning the mortality of warehouse pest Araecerus fasciculatus on cocoa bean, the reduction of water content, and the energy use during heating process. Input power of microwave oven was probed at 264, 400, and 600 Watt, whereas the heating times were 60, 120, and 180 second with three times repetition. The mortality of warehouse pest Araecerus fasciculatus increased with raising the power level and time of heating process. Araecerus fasciculatus pest reached 100% of mortality at 600 Watt of power level during 180 second with required energy of 99.720 Joule. The percentage of water content reduction dry basis was 28,7 %. Keywords: Araecerus fasciculatus, cocoa, energy, microwave
APLIKASI ENERGI GELOMBANG MIKRO UNTUK PENGENDALIAN HAMA GUDANG Araecerus fasciculatus De Geer PADA BIJI KAKAO
ANDI MUHAMMAD AKRAM MUKHLIS
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Aplikasi Energi Gelombang Mikro untuk Pengendalian Hama Gudang Araecerus fasciculatus De Geer pada Biji Kakao Nama : Andi Muhammad Akram Mukhlis NIM : F14100006
Disetujui oleh
Dr Ir Edy Hartulistiyoso, MSc Pembimbing I
Dr Slamet Widodo, STP MSc Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2014 ini ialah aplikasi energi gelombang mikro, dengan judul Aplikasi Energi Gelombang Mikro untuk Pengendalian Hama Gudang Araecerus fasciculatus De Geer pada Biji Kakao. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Edy Hartulistiyoso MSc dan Bapak Dr Slamet Widodo, STP MSc selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Eeng dari laboratorium Pest and Disease Management, SEAMEO BIOTROP, yang telah membantu dalam penyiapan hama, serta Bapak Harto dari laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB, yang telah membantu dalam persiapan dan peminjaman alat. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, kakak, adik, teman-teman program fast track, teman-teman TMB 47 atas segala doa dan kasih sayangnya, serta Lovi Dwi Princestasari atas segala doa, dukungan, dan bantuannya selama melakukan penelitian. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2014 Andi Muhammad Akram Mukhlis
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Kakao
2
Hama Araecerus fasciculatus De Geer
3
Teknologi Oven Gelombang Mikro (microwave oven)
4
METODE
6
Bahan
6
Alat
6
Tempat dan Waktu Penelitian
6
Prosedur Percobaan
6
Analisis Data
9
Rancangan Percobaan HASIL DAN PEMBAHASAN
10 10
Suhu Biji Kakao
10
Persentase Penurunan Kadar Air Biji Kakao
13
Mortalitas Hama (Araecerus fasciculatus De Geer)
15
Penggunaan Energi
16
SIMPULAN DAN SARAN
20
Simpulan
20
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
20
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
26
DAFTAR TABEL 1 Total produksi kakao berbagai negara (103 ton) 2 Suhu permukaan biji kakao dan mortalitas hama pada tingkat daya dan waktu yang berbeda 3 Kadar air biji kakao sebelum dan sesudah percobaan 4 Energi yang digunakan pada tingkat daya dan waktu yang berbeda
1 12 13 18
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Morfologi buah kakao (Wood dan Lass 1985) Araecerus fasciculatus De Geer Spektrum elektromagnetik (Dibben 2001) Tutup stoples yang diberi lubang dan stoples yang diisi dengan hama dan biji kakao Sistem microcontroler untuk mengukur arus dan tegangan Termokopel pada tumpukan biji kakao Pengaturan alat ukur Suhu permukaan biji kakao pada tingkat daya dan waktu yang berbeda ) dan suhu biji kakao ( ■ ) selama proses pemanasan pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik Persentase penurunan kadar air basis kering biji kakao pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Mortalitas hama Araecerus fasciculatus De Geer pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Tegangan ( ) dan arus (---) gelombang mikro pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik Daya oven gelombang mikro pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik Hubungan antara mortalitas hama Araecerus fasciculatus biji kakao dengan penggunaan energi oven gelombang mikro. Perbandingan model mortalitas hama Araecerus fasciculatus dengan beberapa hama gudang.
3 4 5 7 7 8 8 11 12 14 15 16 17 18 19
DAFTAR LAMPIRAN 1 Mortalitas hama Araecerus fasciculatus serta jumlah hama yang mati dan hidup pada berbagai ulangan 2 Suhu permukaan biji kakao pada berbagai ulangan. 3 Penggunaan energi (metode grafik) pada berbagai ulangan
23 24 25
PENDAHULUAN Latar Belakang Hama merupakan organisme pengganggu tanaman yang menimbulkan kerusakan secara fisik dan merugikan secara ekonomis. Umumnya organisme pengganggu ini berupa binatang ataupun sekelompok binatang yang dapat menyebabkan kerusakan pada tanaman budidaya ataupun komoditas yang disimpan di dalam gudang seperti biji kakao, beras, jagung, kacang, tepung serta bahan-bahan kering lainnya. Organisme perusak yang berkembang di dalam gudang tersebut lebih umum disebut sebagai hama gudang. Hama gudang hidup dalam ruang lingkup yang terbatas, yakni hidup dalam bahan-bahan simpanan di gudang. Umumnya hama gudang yang sering dijumpai adalah dari ordo Coleoptera (bangsa kumbang), salah satunya adalah Araecerus fasciculatus yang terdapat pada komoditas biji kakao ataupun biji kopi. Indonesia merupakan negara produsen utama kakao dunia. Saat ini Indonesia menempati urutan ketiga negara pemasok kakao terbesar dunia setelah Pantai Gading dan Ghana, seperti yang terlihat pada tabel 1. Sehingga, kakao merupakan komoditas perkebunan yang memiliki prospek yang sangat baik sebagai sumber devisa. Namun, kualitas biji kakao Indonesia masih tergolong rendah. Salah satu penyebab rendahnya kualitas biji kakao adalah adanya interferensi serangga hama, padahal persyaratan kualitas/mutu biji kakao adalah tidak adanya serangga hidup dalam biji kakao yang dapat menyebabkan penahanan langsung oleh negara tujuan (Sjam et al. 2010). Upaya yang selama ini dilakukan untuk menekan interferensi serangga hama pada biji kakao adalah dengan melakukan fumigasi. Fumigasi adalah suatu tindakan perlakuan (atau pengobatan) terhadap suatu komoditi dengan menggunakan fumigan tertentu, di dalam ruang kedap udara, pada suhu dan tekanan tertentu. Fumigan merupakan suatu jenis pestisida (obat pembasmi hama) yang dalam suhu dan tekanan tertentu berbentuk gas, dan dalam konsentrasi serta waktu tertentu dapat membunuh hama (organisme pengganggu) (Prijono et al. 2009). Metil bromida (CH3Br), phosfin (PH3), karbondiosida (CO2), sulfuril Tabel 1 Total produksi kakao berbagai negara (103 ton) Negara Pantai Gading Ghana Indonesia Nigeria Cameroon Brazil Ecuador Malaysia Sumber : WCF (2012)
2008 1.431 730 500 200 188 170 115 32
2009 1.234 730 490 210 210 155 130 25
Tahun 2010 1.184 740 530 230 205 159 150 20
2011 1.668 860 450 240 230 197 160 18
2012 1.400 870 500 230 220 185 170 18
2 florida (SO2F2), dan asam sianida (HCN) merupakan jenis fumigan yang digunakan dalam proses fumigasi. Kekhawatiran akan kesehatan dan polusi lingkungan telah menyebabkan cara tersebut kurang baik dan mencari alternatif lain untuk membasmi hama. Dengan demikian, terdapat kebutuhan untuk mengembangkan metode baru yang aman untuk mengendalikan hama pada biji kakao. Salah satu metode yang mulai dikembangkan dalam pengendalian hama adalah penggunaan radiasi gelombang mikro. Radiasi gelombang mikro, dengan penetrasi yang baik, dapat membunuh serangga pada kacang-kacangan (Wang et al. 2001). Beberapa penelitian telah meneliti pengendalian serangga untuk bahan pertanian lainnya seperti gandum dan tepung (El-Naggar dan Mikhaiel 2011) dan buah (Ikediala et al. 1999). Banyaknya penelitian yang menerapkan radiasi gelombang mikro untuk pengendalian hama pada bahan pertanian, memungkinkan untuk diterapkan juga sebagai pengendali hama gudang pada biji kakao. Sebab karakteristik hama pada penelitian-penelitian sebelumnya, tidak jauh berbeda dengan hama gudang pada biji kakao. Karakteristik tersebut berupa kandungan zat cair pada tubuh hama.
Tujuan Penelitian Menganalisis pengaruh penggunaan energi gelombang mikro (microwave) dengan berbagai tingkat daya dan waktu terhadap mortalitas serangga hama gudang Araecerus fasciculatus pada biji kakao serta jumlah energi gelombang mikro yang digunakan selama proses pengendalian hama.
Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi berupa data dasar yang menunjukkan tingkat daya dan waktu pembangkitan radiasi gelombang mikro yang optimal terhadap mortalitas hama gudang Araecerus fasciculatus pada biji kakao.
TINJAUAN PUSTAKA Kakao Kakao merupakan satu-satunya di antara 22 jenis marga Theobroma, suku Sterculiaceae yang diusahakan secara komersial. Menurut Tjitrosoepomo (1979) dalam Puslitkoka (2010), sistematika tanaman ini sebagai berikut. Divisi : Spermatophyta Anak divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Anak kelas : Dialypetalae Bangsa : Malvales Suku : Sterculiaceae
3 Marga Jenis
: Theobroma : Theobroma cacao L.
Beberapa sifat (penciri) dari buah dan biji digunakan sebagai dasar klasifikasi dalam sistem taksonomi. Berdasarkan bentuk buahnya, kakao dapat dikelompokkan ke dalam empat populasi (Wood dan Lass 1985).
Gambar 1 Morfologi buah kakao (Wood dan Lass 1985) Kakao lindak (bulk) yang telah tersebar luas di daerah tropika adalah anggota subjenis Sphaerocaroum. Bentuk bijinya lonjong (oval), pipih, dan keeping bijinya (kotiledon) berwarna ungu gelap. Mutunya beragam tetapi lebih rendah daripada subjenis cacao. Permukaan kulit buahnya relatif halus karena alur-alurnya dangkal. Kulit buah ini tipis tetapi keras (liat). Pertumbuhan tanamannya kuat dan cepat, daya hasilnya tinggi, dan relatif tahan terhadap beberapa jenis hama dan penyakit. Habitat asli tanaman kakao adalah hutan tropis dengan naungan pohon-pohon yang tinggi, curah hujan tinggi, suhu sepanjang tahun relatif sama, serta kelembapan tinggi dan relatif tetap. Dalam habitat seperti itu, tanaman kakao akan tumbuh tinggi tetapi bunga dan buahnya sedikit (Puslitkoka 2010). Menurut Puslitkoka (2010), warna buah kakao sangat beragam, tetapi pada dasarnya hanya ada dua macam warna. Buah yang ketika muda berwarna hijau atau hijau agak putih jika sudah masak akan berwarna kuning. Sementara itu, buah yang ketika muda berwarna merah, setelah masak berwarna jingga. Biji dibungus oleh daging buah (pulpa) yang berwarna putih, rasanya asam manis dan diduga mengandung zat penghambat perkecambahan. Sebelah dalam daging buah terdapat kulit biji (testa) yang membungkus dua kotiledon dan poros embrio. Biji kakao tidak memiliki masa dorman.
Hama Araecerus fasciculatus De Geer Serangga ini berukuran 3-5 mm. Protoraks dan elitra memiliki bercakbercak kecil berwarna coklat atau coklat keabu-abuan yang lebih terang. Elitra lebih pendek daripada abdomen. Serangga ini bersifat kosmopolitas, banyak
4 ditemukan di daerah tropika dan subtropika. Serangga ini termasuk hama penting pada kopi dan biji kakao, selain itu juga dapat menyerang rempah-rempah, gaplek, jagung, kacang tanah, dan beberapa produk makanan. Serangga ini merupakan perusak yang luas dari persediaan biji kopi dalam rumah penyimpanan (gudang), yang mengakibatkan kehilangan berat dan mengotori produk. Pada kondisi optimum, yaitu suhu 28oC dan kelembaban 70%, lama perkembangan A. fasciculatus dari telur hingga dewasa adalah 46-66 hari. Serangga dewasa aktif terbang dan mampu bertelur rata-rata 50 butir (Sunjaya dan Widayanti 2009).
Gambar 2 Araecerus fasciculatus De Geer Telur disimpan di dalam bahan makanan oleh serangga betina dengan ovipositor dan akan menetas dalam 5-8 hari. Perkembangan larva memakan waktu sekitar 30 hari, kemudian memasuki periode pupa selama 6-7 hari. Larva bersembunyi di dalam biji dan ada satu larva dalam satu biji. Pada jagung, serangga dewasa dapat hidup selama 27 hari pada kelembaban 50% dan hidup selama 86-134 hari pada kelembaban 90% (Robinson 2005)
Teknologi Oven Gelombang Mikro (microwave oven) Gelombang Mikro (microwave) Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik dalam kisaran frekuensi 300 MHz ke 300 GHz. Dalam spektrum elektromagnetik (Gambar 3), gelombang mikro berada di antara rentang frekuensi radio pada frekuensi yang lebih rendah dan inframerah serta cahaya tampak pada frekuensi yang lebih tinggi. Dengan demikian, gelombang mikro termasuk ke dalam radiasi non-ionisasi (Schubert dan Regier 2005). Oven Gelombang Mikro Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki komponen medan listrik dan medan magnet. Di Amerika Serikat, oven gelombang mikro untuk konsumen beroperasi pada frekuensi 2450 MHz, sedangkan oven untuk industri beroperasi pada 2450 dan 915 MHz. Pilihan 915 MHz untuk industri dan 2450 MHz untuk oven gelombang mikro konsumen didasarkan pada interaksi optimum air, ion garam, gula, dan bahan makanan lainnya pada frekuensi ini (Shukla dan Anantheswaran 2001).
5
Gambar 3 Spektrum elektromagnetik (Dibben 2001) Oven gelombang mikro adalah rongga yang berisi gelombang tegak dan pola gelombang tanpa perbedaan fasa. Pengetahuan tentang model distribusi atau pola dalam rongga kosong sangat berguna dalam karakterisasi oven gelombang mikro. Selain itu faktor oven, perlu dipertimbangkan saat mengevaluasi produk baru untuk pemanasan dengan gelombang mikro. Idealnya, gelombang mikro memasuki rongga dari segala arah dan, karena refleksi di dinding, pola rapat daya yang unik diciptakan oleh gelombang tegak dalam oven gelombang mikro. Sebagian dari daya gelombang mikro yang dihasilkan, diserap oleh makanan dan sisanya dipantulkan kembali ke sistem. Ukuran dan karakteristik penyerapan sangat penting dalam menentukan daya aktual yang dikirimkan selama pemanasan gelombang mikro (Shukla dan Anantheswaran 2001). Pemanasan tidak seragam, kurangnya warna dan rasa pembangun, permukaan basah, kehilangan kelembaban tinggi dan tekstur adalah masalah umum yang terlihat dalam makanan olahan dengan oven gelombang mikro. Kesulitan dalam penentuan distribusi temperatur adalah kelemahan lain dari pemanasan dengan gelombang mikro (Sumnu dan Sahin 2005). Prinsip pemanasan oven gelombang mikro Tidak seperti radiasi termal, pemanasan oleh gelombang mikro sangat tergantung pada komposisi kimia dari material yang diiradiasikan. Gelombang mikro berinteraksi terutama dengan molekul polar dan partikel bermuatan. Sejauh ini interaksi yang paling penting adalah dengan molekul air. Medan elektromagnetik dari gelombang mikro bergantian pada frekuensi tinggi, sehingga dipol bahan berputar dalam usaha untuk menyesuaikan diri dengan medan tersebut. Energi gelombang memberikan peningkatan energi kinetik yang terkait dengan osilasi secara rotasi dan diubah menjadi kerja gesekan antarmolekul dan akhirnya panas. Dengan demikian, panas yang dihasilkan di dalam materi sebagai penetrasi dari gelombang mikro itu (Berk 2013). Konvensi internasional menyatakan bahwa oven gelombang mikro (aplikasi pada industri, keilmiahan dan medis) beroperasi pada frekuensi tertentu yaitu 2.45 GHz. Pada frekuensi ini medan listrik menggerakkan molekul air 109 kali setiap detik, sehingga menciptakan panas yang hebat yang dapat meningkat 10 oC per detik. Air menjadi komponen utama dari bahan biologis, isinya langsung mempengaruhi pemanasan (Meda et al. 2005). Pemanasan dengan oven gelombang mikro dipengaruhi oleh faktor pangan, seperti volume, luas permukaan, dan sifat dielektrik, yang penting dalam
6 menentukan besarnya dan keseragaman penyerapan daya. Volume bahan dan luas permukaan bahan pangan lebih berpegaruh terhadap besarnya penyerapan energi gelombang mikro, sedangkan keseragaman penyerapan energi gelombang mikro terkait dengan geometri makanan dan sifat dielektrik bahan pangan (Zhang dan Datta 2001)
METODE Bahan Penelitian ini menggunakan serangga hama gudang Araecerus fasciculatus yang hidup pada biji kakao yang diperoleh dari laboratorium Pest and Disease Management, SEAMEO BIOTROP (Pusat Penelitian Biologi Tropika) Bogor, serta biji kakao kering sebagai pakan dan habitatnya yang diperoleh dari laboratorium yang sama.
Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu; oven gelombang mikro Electrolux EMS2007X dengan pengaturan daya dan waktu, digital moisture meter model TD-I Oga Electric Co., LTD. untuk mengukur kadar biji kakao, sensor arus AC (non-invasive, 30 A max) YHDC-SCT013 dan arduino uno untuk mengukur konsumsi energi, serta termokopel tipe-T dan chino recorder, AL3765-N00 untuk mengukur suhu biji kakao.
Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di laboratorium Manufaktur, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei 2014 sampai Juli 2014.
Prosedur Percobaan Persiapan Bahan Biji kakao kering disiapkan sebanyak 200 gram untuk masing-masing ulangan. Biji kakao kering tersebut dimasukkan ke dalam stoples yang aman digunakan pada oven gelombang mikro yang berukuran diameter 150 mm dan tinggi 100 mm. Stoples terlebih dahulu diberi lubang udara pada bagian tutupnya, kemudian ditutup dengan kain kasa agar serangga hama tidak terbang keluar seperti yang terlihat pada gambar 4. Serangga hama gudang Araecerus fasciculatus disiapkan sebanyak 50 ekor untuk masing-masing ulangan, kemudian dimasukkan ke dalam stoples yang telah berisi biji kakao. Bahan yang disiapkan digunakan untuk 3 perlakuan sebanyak 2
7
Gambar 4 Tutup stoples yang diberi lubang dan stoples yang diisi dengan hama dan biji kakao faktor dengan ulangan sebanyak 3 kali, sehingga jumlah bahan yang disiapkan sebanyak 27 stoples. Persiapan Alat Peralatan yang disiapkan adalah oven gelombang mikro yang dapat diatur daya dan waktunya, termokopel dan recorder, serta sistem microcontroler untuk mengukur arus dan tegangan. Ujung termokopel merupakan logam, sehingga dapat menimbulkan percikan api di dalam ruang microwave ketika gelombang mikro beroperasi. Oleh karena itu, bagian ujung termokopel yang digunakan untuk mengukur suhu dilapisi dengan teflon. Termokopel dimasukkan melalui celah-celah keluarnya udara pada dinding oven gelombang mikro untuk mengukur suhu biji kakao. Sistem microcontroler yang digunakan yaitu arduino uno yang dirangkai dengan sensor arus dan transformator melalui suatu rangkaian elektronika seperti pada gambar 5.
Gambar 5 Sistem microcontroler untuk mengukur arus dan tegangan Sensor arus dan transformator dirangkai pada input listrik yang menuju ke dalam oven gelombang mikro, sedangkan microcontroler dihubungkan dengan komputer untuk pengambilan data.
8 Pengukuran Kadar Air Pengukuran kadar air biji kakao dilakukan sebelum dan sesudah perlakuan dengan oven gelombang mikro. Pengukuran kadar air menggunakan moisture meter sehingga secara langsung diperoleh kadar air bahan basis basah. Biji kakao terlebih dahulu dihancurkan dengan menggunakan mortar hingga berukuran kecil dan dapat diletakkan pada cawan. Cawan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam moisture meter dan tuas diputar hingga menekan bahan yang terdapat di cawan tersebut. Data hasil pengukuran kadar air dapat dilihat dengan menekan tombol “testing clamber”. Pemanasan dengan Oven Gelombang Mikro Pemanasan dengan oven gelombang mikro dilakukan pada daya 264, 400, dan 600 Watt, yang dilakukan selama 60, 120, dan 180 detik. Masing-masing perlakuan tersebut dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali ulangan. Pengaturan daya dan waktu pemanasan dilakukan dengan memutar tombol pada oven gelombang mikro. Pengukuran Suhu, Arus, dan Tegangan Pengukuran suhu menggunakan termokopel tipe-T yang telah dilipisi teflon. Ujung termokopel yang telah dilapisi teflon, diletakkan pada permukaan biji kakao dengan memasukkannya melalui lubang kecil yang dibuat pada stoples.
Gambar 6
Termokopel pada tumpukan biji kakao
Gambar 7 Pengaturan alat ukur
9 Pengukuran suhu permukaan biji kakao menggunakan tiga buah termokopel yang diletakkan pada bagian bawah, tengah, dan atas tumpukan biji kakao di dalam stoples, seperti pada gambar 6. Pembacaan data suhu pada recorder dilakukan tepat setelah proses pemanasan dengan gelombang mikro selesai. Pengukuran arus dan tegangan pada oven gelombang mikro menggunakan sensor arus dan transformator yang dirangkai dengan microcontroler arduino uno. Pengukuran arus dan tegangan dilakukan mulai dari awal pemanasan hingga selesai. Pengambilan data arus dan tegangan dilakukan secara otomatis setiap sekitar 0,2 detik dan data langsung terhubung ke komputer.
Analisis Data Persentase Penurunan Kadar Air Penurunan kadar air dapat dihitung dengan mengukur kadar air biji kakao sebelum pemanasan (KAo) dan kadar air biji kakao sesudah pemanasan (KAt). Selanjutnya persentase penurunan kadar air didapatkan dengan membandingkan pengurangan kadar air dengan kadar air sebelum pemanasan dan dinyatakan dalam persen (%). Persamaan penurunan kadar air adalah sebagai berikut : KAo KAt Persentase Penurunan Kadar Air 100% KAo Keterangan : KAo = kadar air awal (% bb) KAt = kadar air akhir (% bb) Mortalitas Hama Araecerus fasciculatus De Geer Persentase kematian (mortalitas) Araecerus fasciculatus diperoleh dengan cara menghitung jumlah hama yang hidup setelah pemanasan dengan oven gelombang mikro dalam setiap tingkatan (nh) dan menghitung jumlah hama yang mati dalam setiap tingkatan yang diujikan (nt). Selanjutnya membandingkan jumlah hama yang mati dengan total keseluruhan hama dan dinyatakan dalam persen (%). Persamaan mortalitas dapat dituliskan sebagai berikut: nt Mortalitas = 100% nt n h Keterangan : nh = jumlah hama yang hidup nt = jumlah hama yang mati Penggunaan Energi Energi yang digunakan pada proses pemanasan dengan oven gelombang mikro dapat dihitung dengan cara mengalikan daya yang tertera pada oven dengan waktu yang digunakan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : W=Pxt
10 Di mana : W = Energi yang digunakan (Joule) P = Daya yang digunakan (Watt) t = Waktu yang digunakan (detik) Penggunaan energi dapat juga dihitung dengan mengetahui arus dan tegangan yang terjadi selama proses pemanasan. Dengan mengalikan antara arus dan tegangan serta faktor daya, maka akan dihasilkan daya yang terjadi selama proses pemanasan. Besarnya energi total yang digunakan dapat dihitung dengan pendekatan menggunakan metode trapezoidal, yaitu mencari luas area grafik daya terhadap waktu yang digunakan.
Rancangan Percobaan Percobaan dilakukan dengan beberapa tingkatan waktu dan daya masukan oven gelombang mikro yang berbeda. Daya masukan oven gelombang mikro adalah 264 Watt, 400 Watt, dan 600 Watt, sedangkan waktu pemanasan adalah 60 detik, 120 detik, dan 180 detik. Massa biji kakao dalam setiap sampel tetap (200 gram) dan jumlah serangga yang diujikan pada sampel sekitar 50 ekor. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap (RAL) dua faktor dengan tiga kali ulangan. Sehingga dapat diperoleh model matematis dari rancangan percobaan yaitu: Yijk = + i + j + ()ij + ijk Dimana Yijk = Pengamatan pada faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j dan ulangan ke-k = Rataan umum i = Pengaruh utama faktor A j = Pengaruh utama faktor B ()ij = komponen interaksi dari faktor A dan faktor B ijk = Pengaruh acak dari interaksi AB yang menyebar normal. Untuk melihat taraf perlakuan yang berbeda, dilakukan uji lanjut Duncan pada taraf kepercayaan 95%.
HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu Biji Kakao Salah satu parameter penting dalam penelitian ini adalah pengukuran suhu pada biji kakao setelah pemanasan dengan oven gelombang mikro. Parameter suhu tersebut dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh perlakuan oven gelombang mikro terhadap parameter lainnya seperti kadar air dan mortalitas
11 hama. Pengaruh pemanasan dengan oven gelombang mikro pada biji kakao terhadap perubahan suhu permukaan biji kakao dapat dilihat pada gambar 8. 180
Suhu (°C)
60 detik
160
120 detik
140
180 detik
120 100 80 60 264
400 Daya (Watt)
600
Gambar 8 Suhu permukaan biji kakao pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Gambar 8 menunjukkan adanya kenaikan suhu permukaan biji kakao pada setiap tingkatan daya dan waktu. Pada perlakuan waktu 60 detik terlihat adanya kenaikan suhu pada setiap tingkatan daya yaitu 74,4 °C pada daya 264 W, 87,2 °C pada daya 400 W, dan 121,4 °C pada daya 600 W. Kenaikan suhu permukaan biji kakao pada setiap kenaikan daya dalam waktu yang sama juga terjadi pada perlakuan variasi waktu 120 detik dan 180 detik. Pada daya yang sama 264 W dengan variasi waktu pemanasan, terjadi peningkatan suhu permukaan biji kakao yaitu 74,4 °C pada waktu 60 detik dan 99,6 °C pada waktu 120 detik. Namun, terjadi penurunan suhu permukaan biji kakao pada waktu pemanasan selama 180 detik, dimana suhu yang terjadi yaitu 97,6 °C. Hal tersebut berbeda dengan yang terjadi pada daya 400 W dan 600 W. Pada kedua perlakuan daya tersebut, suhu permukaan biji kakao mengalami peningkatan seiring meningkatnya waktu pemanasan dengan oven gelombang mikro. Suhu tertinggi yang dicapai yaitu 173,7 °C pada tingkat daya 600 W selama 180 detik. Pengambilan data suhu dilakukan pada tiga titik yang berbeda. Pada pemanasan selama 120 detik dan 264 W, salah satu titik pengukuran suhu menunjukkan suhu yang jauh berbeda dibandingkan kedua titik lainnya. Hal tersebut kemungkinan terjadi karena ujung termokopel yang dilapisi teflon mengalami kebocoran atau sobek. Hasil analisis ragam (anova) menunjukkan bahwa daya dan waktu memiliki pengaruh yang nyata (p<0,01), sedangkan interaksi antara daya dan waktu menunjukkan pengaruh yang tidak berbeda nyata. Hasil uji lanjut (uji selang berganda Duncan) pada taraf uji 5% menunjukkan bahwa semua perlakuan daya berbeda nyata terhadap suhu, sedangkan perlakuan waktu 120 detik dan 180 detik tidak berbeda nyata dan perlakuan 60 detik berbeda nyata dengan perlakuan 120 detik dan 180 detik terhadap suhu.
12 Tabel 2 Suhu permukaan biji kakao dan mortalitas hama pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Daya (Watt)
Waktu (detik) 120
60
180
Suhu permukaan biji kakao (oC)a 74,4 Bc 99,6 Ac 97,6 Ac 87,2 Bb 121,4 Ab 147,7 Ab 121,4 Ba 141,4 Aa 173,7 Aa
264 400 600 264 400 600
Mortalitas hama (%)a 48 Bb 93 Aa 99 Aa
33 Cc 58 Bb 78 Ba
85 Aa 91 Aa 100 Aa
a
Angka-angka yang diikuti oleh huruf besar yang sama pada baris dan huruf kecil yang sama pada kolom tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (uji selang berganda Duncan)
Perlakuan dengan gelombang mikro mempunyai efek peningkatan suhu pada bahan akibat interaksi antara molekul air pada bahan dengan medan elektromagnetik dari gelombang mikro seperti yang dijelaskan oleh Berk (2013) dan Meda et al. (2005) pada bab sebelumnya. Hal tersebutlah yang menyebabkan suhu yang terjadi pada biji kakao meningkat sangat cepat seperti pada gambar 9. Peningkatan suhu biji kakao dalam waktu yang singkat memiliki pengaruh penting terhadap proses pengendalian hama gudang karena peningkatan suhu pada biji kakao inilah yang akan meningkatkan suhu lingkungan sekitar bahan. Semakin cepat peningkatan suhu yang terjadi, maka semakin cepat untuk mencapai suhu lingkungan tertentu yang dapat menyebabkan hama tersebut mati sehingga proses pengendalian hama dapat berjalan dengan singkat. 800 140
700
Daya (Watt)
100
500
80
400 300
60
200
40
100
20
0
Suhu (oC)
120
600
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130
Waktu (detik)
Gambar 9
) dan suhu biji kakao ( ■ ) selama proses pemanasan pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik
13
Hasil penelitian Anas (2007) yang menggunakan beras sebagai media, didapatkan kecenderungan meningkatnya suhu media (beras) seiring peningkatan perlakuan daya dan waktu oven gelombang mikro. Hal tersebut juga didapatkan oleh Gunawan (2008) yang menggunakan kacang hijau dan Nurbianto (2008) yang menggunakan tepung tapioka sebagai media. Suhu permukaan beras tertinggi yang dicapai sebesar 96 °C pada daya 720 Watt-120 detik, sedangkan suhu tertinggi pada kacang hijau dan tepung tapioka berturut-turut sebesar 79,40 °C dan 73,89 °C pada daya dan waktu yang sama. Perbandingan hasil beberapa penelitian menunjukkan perbedaan suhu yang dihasilkan dari media-media yang berbeda. Perbedaan suhu tersebut lebih disebabkan oleh kandungan air atau molekul polar yang terkandung di dalam bahan karena medan elektromagnetik dari gelombang mikro yang hanya berinteraksi dengan molekul polar.
Kadar Air Biji Kakao Kadar air merupakan salah satu syarat umum untuk penentuan mutu biji kakao. Menurut SNI 01-2323-2002, kadar air maksimum biji kakao kering adalah 7,5 % b/b. Dengan demikian, jika pemanasan dengan gelombang mikro dapat menurunkan kadar air hingga mencapai kadar air standar tetapi tidak mencapai kadar air yang jauh lebih rendah, maka hal tersebut akan sangat menguntungkan. Tabel 3 Kadar air biji kakao sebelum dan sesudah percobaan Daya (Watt)
264
400
600
Waktu (detik) 60 120 180 60 120 180 60 120 180
Kadar Air (% bb) Sebelum
Sesudah
16,2 15,8 15,2 15,6 15,5 15,2 15,1 14,4 14,2
15,4 14,4 13,5 14,7 13,7 12,5 14,2 13,0 10,1
Persentase Penurunan Kadar Air (%) 5,0 8,6 12,2 5,5 12,1 18,0 5,7 9,9 28,7
Tabel 3 menunjukkan besarnya kadar air awal biji kakao sebelum pemanasan serta kadar air akhir biji kakao setelah pemanasan dengan gelombang mikro. Kadar air biji kakao setelah pemanasan dengan gelombang mikro belum mencapai standar menurut SNI. Hal tersebut disebabkan kadar air awal bahan yang masih sangat tinggi sehingga harus melepaskan banyak uap air. Agar dapat mencapai standar menurut SNI tersebut, maka lebih baik biji kakao yang
14 diberikan perlakuan dengan gelombang mikro memiliki kadar air yang lebih rendah dari 14,2%. Namun, perlu diperhatikan besarnya persentase penurunan kadar air biji kakao pada daya dan waktu tertentu agar setelah proses perlakuan dengan gelombang mikro kadar air biji kakao tidak jauh lebih rendah dari standar SNI sehingga tidak merugikan secara ekonomi. 35
Persentase Penurunan Kadar Air bk (%)
30
60 detik 120 detik
25
180 detik
20 15 10 5 0 264
400 Daya (Watt)
600
Gambar 10 Persentase penurunan kadar air basis kering biji kakao pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Gambar 10 menunjukkan bahwa persentase penurunan kadar air basis basah mengalami peningkatan dengan penambahan daya dan waktu pada setiap tingkatan. Persentase penurunan kadar air tertinggi sebesar 28,7 % terjadi pada perlakuan 600 Watt dan 180 detik, sedangkan terendah sebesar 5% terjadi pada perlakuan 264 Watt dan 60 detik. Hasil analisis ragam (anova) menunjukkan bahwa perlakuan daya tidak berbeda nyata dengan taraf uji 5% terhadap persentase penurunan kadar air bahan pada perlakuan waktu yang sama, tetapi perlakuan waktu berbeda nyata terhadap persentase penurunan kadar air bahan pada perlakuan daya yang sama. Uji lanjut (uji selang berganda Duncan) dengan taraf uji 5% menunjukkan bahwa perlakuan waktu 60 detik dan 120 detik tidak berbeda nyata tetapi perlakuan waktu 180 detik berbeda nyata terhadap persentase penurunan kadar air biji kakao. Terjadinya penurunan kadar air disebabkan oleh adanya tekanan uap air dalam biji kakao yang lebih tinggi daripada tekanan udara luar akibat naiknya suhu di dalam biji kakao sehingga uap air keluar dari pori-pori biji kakao. Aktifitas pergerakan molekul air yang sangat tinggi akibat berinteraksi dengan medan elektromagnetik dari gelombang mikro yang mengakibatkan kenaikan suhu air yang sangat tinggi di dalam biji kakao. Semakin tinggi suhu air yang terjadi akan menyebabkan tekanan uap air akan semakin meningkat. Keluarnya uap air dari pori-pori biji kakao ke udara luar yang tekanan uap airnya rendah
15 mengakibatkan hilangnya sebagian air yang ada di dalam biji kakao sehingga terjadi penurunan kadar air bahan. Peningkatan besar daya dan waktu pemanasan akan meningkatkan perbedaan tekanan uap air bahan dan udara luar yang diakibatkan peningkatan suhu air di dalam bahan. Hal tersebut akan menyebabkan kadar air biji kakao semakin menurun. Berkurangnya kadar air sangat berkaitan dengan berat dari biji kakao. Berkurangnya berat biji kakao secara drastis akan mempengaruhi keuntungan dalam penjualan. Sehingga penentuan kadar air awal sebelum dilakukan pemanasan oleh oven gelombang mikro sangat penting. Persentase penurunan kadar air basis basah pada saat mortalitas Araecerus fasciculatus mencapai 100% adalah 28,7 %. Persentase penurunan kadar air ini cukup besar, sehingga perlu diperhatikan kadar air awal bahan agar setelah pemanasan, kadar air biji kakao berada pada standar SNI yang telah ditetapkan. Dengan demikian, proses pemanasan dengan oven gelombang mikro untuk membunuh serangga hama gudang dapat diterapkan dengan baik serta tidak merugikan secara ekonomi.
Mortalitas Hama (Araecerus fasciculatus De Geer) Salah satu syarat umum mutu biji kakao menurut standar SNI 01-2323-2002 adalah tidak adanya serangga hidup di dalam tumpukan biji kakao. Sehingga, upaya untuk membunuh serangga hama pada biji kakao mutlak dilakukan agar memenuhi standar yang telah ditetapkan. 100
Mortalitas (%)
80 60 60 detik
40
120 detik 180 detik
20 0 264
400 Daya (Watt)
600
Gambar 11 Mortalitas hama Araecerus fasciculatus De Geer pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Gambar 11 menunjukkan adanya kecenderungan meningkatnya mortalitas hama Araecerus fasciculatus dengan meningkatnya tingkat daya dan waktu pemanasan dengan oven gelombang mikro. Perlakuan dengan daya 264 Watt selama 60 detik mengakibatkan rataan mortalitas hama sebanyak 33%. Menurut uji selang berganda Duncan dengan taraf uji 5%, mortalitas tersebut berbeda nyata dengan mortalitas hama dengan daya yang sama pada waktu 120 dan 180 detik yaitu berturut-turut sebesar 48% dan 85% serta berbeda nyata dengan mortalitas
16 hama dengan waktu yang sama pada daya 400 dan 600 Watt yaitu berturut-turut 58% dan 78%. Mortalitas serangga hama sebesar 100% terjadi pada perlakuan dengan daya 600 Watt selama 180 detik. Perlakuan ini merupakan perlakuan dengan daya tertinggi dan waktu terlama serta menghasilkan suhu permukaan biji kakao yang paling tinggi yaitu 173,7 °C. Namun menurut uji selang berganda Duncan dengan taraf uji 5%, mortalitas tersebut tidak berbeda nyata dengan perlakuan pada waktu 180 detik dengan daya 264 dan 400 Watt serta perlakuan pada waktu 120 detik dengan daya 400 dan 600 Watt. Meskipun secara statistik demikian, agar diperoleh tingkat mortalitas yang mencapai 100%, sebaiknya tetap melakukan pemanasan dengan daya 600 Watt selama 180 detik. Mortalitas serangga hama selain dipengaruhi oleh suhu lingkungan sebagai akibat dari peningkatan suhu permukaan biji kakao yang tinggi, juga sangat dipengaruhi oleh adanya reaksi dari cairan pada tubuh hama terhadap medan elektromagnetik dari gelombang mikro yang diberikan. Cairan dalam tubuh hama Araecerus fasciculatus mengandung molekul air yang bersifat polar. Pada saat medan elektromagnetik diberikan, dipol molekul air akan berputar dalam usaha untuk menyesuaikan diri dengan medan tersebut seperti yang dijelaskan oleh Berk (2013). Hal tersebut akan menyebabkan terjadinya peningkatan suhu dalam tubuh hama dan menyebabkan kematian. Penggunaan gelombang mikro untuk mematikan hama memiliki keuntungan karena dapat dilakukan dalam waktu yang singkat. Selain itu, proses pemanasan dilakukan melalui molekul air yang ada di dalam bahan sehingga bagian dalam bahan mengalami pemanasan lebih awal. Keadaan tersebut memungkinkan untuk merusak telur atau mematikan larva yang berada di dalam biji kakao.
Penggunaan Energi Pemanasan dengan oven gelombang mikro untuk mematikan serangga hama memerlukan sejumlah energi yang berbanding lurus dengan penggunaan daya dan 210
5
180
4
150 120
3
90 2
60
1
Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
6
30
0
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
Waktu (detik)
Gambar 12 Tegangan ( ) dan arus (--- ) gelombang mikro pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik
17
800 700
Daya (Watt)
600 500 400 300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
Waktu (detik)
Gambar 13 Daya oven gelombang mikro pada perlakuan 400 Watt selama 120 detik waktu pemanasan. Untuk mengetahui jumlah penggunaan energi pada proses pemanasan dengan oven gelombang mikro, dapat dihitung dengan cara mengalikan daya yang tertera pada oven dengan waktu pemanasan yang digunakan seperti pada penelitian yang dilakukan oleh Anas (2007), Gunawan (2008), dan Nurbianto (2008). Perhitungan dengan cara tersebut tidak menunjukkan jumlah arus dan tegangan yang sebenarnya digunakan, karena daya yang tertera pada oven merupakan pendugaan rata-rata total daya yang terjadi. Untuk mengetahui penggunaan energi yang sebenarnya, dapat dilakukan dengan mengukur arus dan tegangan yang mengalir menuju oven gelombang mikro tersebut pada selang waktu tertentu seperti pada gambar 12. Jika arus, tegangan, dan faktor daya dikalikan, maka akan dihasilkan daya yang terjadi selama proses pemanasan pada selang waktu tertentu. Besarnya energi total yang digunakan dapat dihitung dengan pendekatan menggunakan metode trapezoidal, yaitu mencari luas area grafik daya terhadap waktu yang digunakan seperti sampel perlakuan daya 400 Watt selama 120 detik yang terlihat pada gambar 13. Menghitung luas area di bawah grafik dengan menggunakan metode trapezoid, memiliki nilai galat yang diperoleh dari bagian grafik yang tidak terhitung ataupun daerah luar grafik yang terhitung. Namun apabila dilakukan pada selang waktu yang singkat, nilai galat yang diperoleh kecil dan dapat diabaikan. Pengambilan data arus dan tegangan yang menuju ke oven gelombang mikro dilakukan secara otomatis setiap sekitar 0,2 detik. Sehingga setiap selang waktu tersebut, diperoleh luas area di bawah grafik yang menunjukkan besarnya energi yang digunakan pada selang waktu 0,2 detik. Penjumlahan keseluruhan energi pada setiap selang akan menunjukkan energi total yang digunakan oleh oven gelombang mikro. Perbandingan perhitungan energi dengan dua metode tersebut dapat dilihat pada tabel 4. Pada tabel 4 terlihat bahwa dengan peningkatan penggunaan daya dan waktu akan meningkatkan jumlah penggunaan energi. Energi yang terbesar terjadi pada
18
Tabel 4 Energi yang digunakan pada tingkat daya dan waktu yang berbeda Daya (Watt)
Energi (kJ)
Waktu (detik)
Daya × Waktu 16 32 48 24 48 72 36 72 108
60 120 180 60 120 180 60 120 180
264
400
600
Metode Grafik 20,35 29,41 46,67 23,50 48,31 72,96 35,77 68,45 99,72
Mortalitas (%) 33 48 85 58 93 91 78 99 100
perlakuan daya 600 Watt dan 180 detik yaitu sebesar 99,72 kJ. Pada perlakuan tersebut, mortalitas serangga hama mencapai mortalitas 100%. Penggunaan energi yang meningkat akan berbanding dengan peningkatan mortalitas hama. Hal tersebut disebabkan energi digunakan untuk mengaktifkan magnetron untuk menghasilkan gelombang mikro akan lebih lama sehingga biji kakao dan serangga hama akan dikenai medan elektromagnetik lebih banyak. Mortalitas dari hama Araecerus fasciculatus memiliki hubungan dengan penggunaan energi. Sehingga dapat dibuat grafik hubungan antara penggunaan energi dan mortalitas hama Araecerus fasciculatus tersebut untuk mendapatkan pemodelan matematikanya. Gambar 14 menunjukkan hubungan penggunaan energi dan mortalitas hama Araecerus fasciculatus. Mortalitas hama meningkat drastis pada proses awal pemanasan dan peningkatan mortalitas hama tersebut akan terus menurun dengan meningkatnya penggunaan energi hingga mencapai mortalitas sebesar 100%.
Mortalitas (%)
100 80 60 40
Percobaan Model
20 0 0
20
40 60 Energi (kJ)
80
100
Gambar 14 Hubungan antara mortalitas hama Araecerus fasciculatus biji kakao dengan penggunaan energi oven gelombang mikro.
19 Pemodelan matematika yang diperoleh dari grafik tersebut merupakan persamaan exponensial sebagai berikut. y 1.05 10 2 9.82 10 1 exp 3.50 10 2 x dimana : y = mortalitas hama Araecerus fasciculatus (%) x = penggunaan energi (kJ) Persamaan tersebut memiliki nilai korelasi (r) yang cukup tinggi yaitu sebesar 0,98 artinya persamaan tersebut cukup baik untuk menduga mortalitas hama Araecerus fasciculatus dengan penggunaan energi tertentu. Pada saat penggunaan energi pemanasan oven gelombang mikro sebesar 0 kJ, maka mortalitas hama Araecerus fasciculatus sebesar 0%. Pada penelitian-penelitian sebelumnya, dapat pula dilihat hubungan penggunaan energi oven gelombang mikro dengan mortalitas beberapa hama pada komoditas tertentu sebagai berikut.
100
Mortalitas (%)
80 Araecerus fasciculatus pada biji kakao Callosobruchus chinensis pada kacang hijau Tribolium castaneum pada tapioka Sithopilus zeamais pada beras
60 40 20 0 0
20
40
60
80
100
120
Energi (kJ)
Gambar 15
Perbandingan model mortalitas hama Araecerus fasciculatus dengan beberapa hama gudang.
Hubungan antara penggunaan energi dengan mortalitas beberapa hama gudang mempunyai pola yang identik. Namun persamaan matematika dari masing-masing hama tersebut memiliki nilai koefisien dan nilai kontanta yang berbeda, sebagai berikut. Persamaan mortalitas hama Callosobruchus chinensis pada kacang hijau : y 1.03 10 2 9.78 10 1 exp 1.13 10 1 x r =0,99
Persamaan mortalitas hama Tribolium castaneum pada tapioka : y 1.08 10 2 9.43 10 1 exp 5.44 10 2 x r = 0,96
20 Persamaan mortalitas hama Sithopilus zeamais pada beras : y 1.21 10 2 8.50 10 1 exp 4.58 10 2 x r = 0,96
Persamaan mortalitas pada berbagai hama gudang memiliki perbedaan, hal tersebut menunjukkan bahwa efek gelombang mikro terhadap mortalitas dipengaruhi oleh jenis hama tersebut. Dengan demikian, untuk mengoptimalkan hasil yang diperoleh, pengendalian berbagai jenis hama gudang tidak dapat dilakukan dengan perlakuan daya dan waktu yang sama.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Perlakuan daya dan waktu pengoperasian oven gelombang mikro memberikan pengaruh terhadap peningkatan suhu permukaan biji kakao, peningkatan persentase penurunan kadar air basis basah biji kakao, peningkatan mortalitas hama Araecerus fasciculatus, serta berpengaruh terhadap peningkatan penggunaan energi selama proses pemanasan. Mortalitas hama gudang Araecerus fasciculatus mencapai 100% pada perlakuan 600 Watt selama 180 detik dengan penggunaan energi sebesar 99.720 Joule. Persentase penurunan kadar air biji kakao basis basah pada saat mortalitas hama gudang Araecerus fasciculatus mencapai 100% yaitu sebesar 28,7%.
Saran Dalam penelitian ini tidak dilakukan pengamatan mengenai keefektifan energi gelombang mikro terhadap mortalitas telur dari hama gudang Araecerus fasciculatus, sehingga perlu adanya tindakan lanjutan untuk meninjau hal tersebut. Selain itu, diperlukan pengamatan terhadap kandungan zat yang penting di dalam biji kakao seperti total lemak.
DAFTAR PUSTAKA Anas K. 2007. Pengaruh perlakuan daya dan waktu oven gelombang mikro terhadap mortalitas serangga Sitophilus zeamais (Coleoptera : Curculionidae) dan kandungan pati beras [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Berk Z. 2013. Food Process Engineering and Technology. 2nd ed. Elsevier Science. Dibben D. 2001. Electromagnetics: Fundamental Aspects and Numerical Modeling. Di dalam : Datta AK, Anatheswaran RC, editor. Handbook of Microwave Technology for Food Applications. New York (US): Marcel Dekker. hlm 1-32
21 El-Naggar SM, M h AA. 2011. s f st t f st d wh t dfl u using gamma rays and microwave heating. Journal of Stored Products Research 47 (2011) 191-196 Entwistle PF. 1985. Insects and cocoa. Di dalam : Wood GAR, Lass RA. Cocoa, Tropical Agriculture Series. 4th ed. New York (US) : Longman. hlm 366-443. Gunawan RH. 2008. Pengaruh pemanasan dengan oven gelombang mikro (microwave) terhadap mortalitas serangga hama gudang Callosobruchus chinensis (L.). (Coleoptera : Bruchidae), kandungan pati dan protein kacang hijau (Vigna radiata (L.).) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Ikediala JN, Tang J, Neven LG, Drake SR. 1999. Quarantine treatment of cherries using 915 MHz microwaves: temperature mapping, codling moth mortality and fruit quality. Postharvest Biology and Technology. 16. 127–137 Meda V, Orsat V, Raghavan V. 2005. Microwave Heating and The Dielectric Properties of Foods. Di dalam: Schubert H, Regier M, editor. The Microwave Processing of Foods. Cambridge (GB): Woodhead Publishing. hlm 61-75. Nurbianto R. 2008. Pengaruh perlakuan oven gelombang mikro terhadap mortalitas Tribolium castaneum Herbst dan kandungan tepung tapioka [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Prijono D, Dharmaputra OS, Widayanti S. 2009. Modul Pengolahan Hama Gudang Terpadu. Bogor (ID) : SEAMEO BIOTROP [Puslitkoka] Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia. 2010. Buku Pintar Budi Daya Kakao. Jakarta (ID) : AgroMedia Pustaka. Robinson WH. 2005. Handbook of Urban Insects and Arachnids. New York (US) : Cambridge Univ Pr Schubert H, Regier M. 2005. Introducing microwave processing of food: principles and technologies. Di dalam: The Microwave Processing of Foods. Cambridge (GB): Woodhead Publishing. hlm 3-21. Shukla TP, Anantheswaran RC. 2001. Ingredient Interactions and Product Development for Microwave Heating. Di dalam : Datta AK, Anatheswaran RC, editor. Handbook of Microwave Technology for Food Applications. New York (US): Marcel Dekker. hlm 355-396 Sorrentino R, Bianchi G. 2010. Microwave and RF Engineering. J Wiley Sumnu G, Sahin S. 2005. Recent Developments in Microwave Heating. Di dalam : Sun DW, editor. Emerging Technologies for Food Processing. Elsevier Science. hlm 419-444. Sunjaya dan Widayanti S. 2009. Pengenalan Serangga Hama Gudang. Di dalam : Prijono D, Dharmaputra OS, Widayanti S, editor. Modul Pengolahan Hama Gudang Terpadu. Bogor (ID) : SEAMEO BIOTROP Sjam S, Melina, Thamrin S. 2010. Pengujian ekstrak tumbuhan Vitex trifolia L., Acorus colomus L., dan Andropogon nardus L. terhadap hama pasca panen Araecerus fasciculatus De Geer (Coleoptera: Anthribidae) pada biji kakao. J. Entomol Indones. 7(1):1-8. Wang S. Ikediala J N, Tang J, Hansen J D, Mitcham E, Mao R, Swanson B. 2001. Radio frequency treatments to control codling moth in in-shell walnuts. Postharvest Biology and Technology. 22. 29–38. [WCF] World Cocoa Foundation. 2012. Cocoa Market Update [Internet].[diunduh 2014 Jul 16]. Tersedia pada: http://worldcocoafoundation.org/wp-content/ uploads/Cocoa-Market-Update-as-of-3.20.2012.pdf
22 Wood GAR, Lass RA. 1985. Cocoa, Tropical Agriculture Series. 4th ed. New York (US) : Longman. Zhang H, Datta AK. 2001. Electromagnetics of Microwave Heating: Magnitude and Uniformity of Energy Absorption in an Oven. Di dalam : Datta AK, Anatheswaran RC, editor. Handbook of Microwave Technology for Food Applications. New York (US): Marcel Dekker. hlm 33-68
23 Lampiran 1 Mortalitas hama Araecerus fasciculatus serta jumlah hama yang mati dan hidup pada berbagai ulangan Daya (Watt)
Waktu (detik) 60
264
120
180
60
400
120
180
60
600
120
180
Ulangan
Mati
Hidup
I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III
26 15 9 26 22 24 49 45 37 30 26 31 49 50 41 30 49 47 38 28 44 48 51 47 48 48 50
28 33 36 27 23 27 6 6 10 24 25 14 1 3 6 10 0 1 12 12 6 2 0 0 0 0 0
Mortalitas Rata-rata (%) (%) 48 31 20 49 49 47 89 88 79 56 51 69 98 94 87 75 100 98 76 70 88 96 100 100 100 100 100
33
48
85
58
93
91
78
99
100
24 Lampiran 2 Suhu permukaan biji kakao pada berbagai ulangan. Daya (Watt)
Waktu (detik)
Ulangan
60
I II III
Rata-rata 264
120
I II III
Rata-rata 180
I II III
Rata-rata 60
I II III
Rata-rata 400
120
I II III
Rata-rata 180
I II III
Rata-rata 60
I II III
Rata-rata 600
120
I II III
Rata-rata 180 Rata-rata
I II III
Suhu Akhir (oC) I 41,3 72,6 48,9 54,3 59,7 53,8 96,6 70,0 98,9 71,5 124,8 98,4 115,1 85,5 78,3 93,0 92,2 113,8 120,8 108,9 94,0 160,4 233,6 162,7 67,1 69,0 197,5 111,2 99,7 117,7 154,2 123,9 165,1 173,4 166,6 168,4
II 85,0 101,6 76,2 87,6 197,6 99,8 150,3 149,2 128,8 80,1 119,5 109,5 124,7 58,8 82,5 88,7 164,3 116,5 183,5 154,8 172,9 185,4 171,4 176,6 106,5 128,7 178,2 137,8 175,4 215,0 141,8 177,4 191,8 167,7 233,5 197,7
III 86,1 93,2 64,9 81,4 83,0 91,3 64,0 79,4 103,9 80,8 70,4 85,0 58,9 111,8 68,9 79,9 95,6 108,8 96,9 100,4 124,6 96,6 90,2 103,8 102,6 103,1 140,0 115,2 116,9 122,5 129,8 123,1 174,8 142,4 147,7 155,0
Rata-rata 70,8 89,1 63,3 74,4 113,4 81,6 103,6 99,6 110,5 77,5 104,9 97,6 99,6 85,4 76,6 87,2 117,4 113,0 133,7 121,4 130,5 147,5 165,1 147,7 92,1 100,3 171,9 121,4 130,7 151,7 141,9 141,4 177,2 161,2 182,6 173,7
25 Lampiran 3 Penggunaan energi (metode grafik) pada berbagai ulangan Daya (Watt)
Waktu (detik)
60
264
120
180
60
400
120
180
60
600
120
180
Ulangan
Energi (kJ)
I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III
26,78 23,66 10,62 28,99 27,34 31,89 51,98 43,40 44,65 26,61 22,90 20,99 54,29 28,77 45,67 69,03 76,61 73,25 34,92 35,70 36,70 73,93 65,01 66,41 103,25 99,31 96,59
Rata-Rata (kJ) 20,35
29,41
46,67
23,50
42,91
72,96
35,77
68,45
99,72
26
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pangkajene, Sulawesi Selatan pada tanggal 21 Maret 1991 dari ayah Mukhlis Mukhtar dan ibu Andi Herawati. Penulis adalah anak kedua dari empat bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari MAN Insan Cendekia Gorontalo dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten responsi Mekanika Teknik pada tahun ajaran 2013/2013 dan 2013/2014. Penulis juga aktif mengajar mata kuliah Fisika TPB di bimbingan belajar mahasiswa Mafia Clubs dan mengajar mata pelajaran Fisika dan Matematika SMP-SMA di LP3I Course Center Bogor. Penulis juga pernah aktif sebagai staf Departemen Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa BEM TPB IPB. Bulan Juni-Agustus 2013 penulis melaksanakan Praktek Lapangan di PT. Insan Citraprima Sejahtera (ICS) Unit Rembang dengan judul Penerapan Teknologi Pendinginan dan Pembekuan pada Proses Pengolahan Produk Perikanan di PT. ICS Unit Rembang
