Desain Penyerap Etilen Berbahan Nano Zeolit Kmno4 Sebagai Kemasan Aktif Untuk Penyimpanan Buah Klimakterik

Gratis

15
111
128
2 years ago
Preview
Full text
DESAIN PENYERAP ETILEN BERBAHAN NANO ZEOLITKMnO4 SEBAGAI KEMASAN AKTIF UNTUK PENYIMPANAN BUAH KLIMAKTERIK SITI MARIANA WIDAYANTI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016 PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul: Desain penyerap etilen berbahan nano zeolit-KMnO4 sebagai kemasan aktif untuk penyimpanan buah klimakterikadalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun 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 disertasi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Agustus 2016 Siti Mariana Widayanti NIM F 361110091 RINGKASAN SITI MARIANA WIDAYANTI. Desain penyerap etilen berbahan nano zeolitKMnO4 sebagai kemasan aktif untuk penyimpanan buah klimakterik. Dibimbing oleh: KHASWAR SYAMSU, ENDANG WARSIKI dan SRI YULIANI. Pisang merupakan salah satu produk hortikultura yang menjadi salah satu komoditas ekspor andalan Indonesia. Permasalahan yang sering dihadapi dalam penanganan produk hortikultura adalah umur simpan yang pendek karena produk hortikultura yang mudah rusak. Etilen yang merupakan hasil metabolisme produk hortikultura khususnya buah, adalah salah satu senyawa yang memacu proses kematangan buah sehingga buah berumur simpan terbatas. Keberadaan 0,1 ppm etilen dapat mempengaruhi proses kematangan buah, sehingga keberadaan etilen dalam proses penyimpanan buah perlu dikendaikan. Pemberian etilen adsorber dalam penyimpanan buah merupakan salah satu upaya untuk memperpanjang masa simpan buah. Potassium permanganat (KMnO4)merupakan salah satu senyawa yang sudah umum digunakan sebagai etilen adsorber. Senyawa ini bersifat toksik sehingga dalam aplikasinya selalu diadsorbsikan dalam matriks tertentu seperti clay, arang aktif, busa, batu bata dan lain-lain. Zeolit memiliki sifat fisiko-kimia ideal sebagai adsorber, memiliki ikatan struktur utama Si-O dan Al-O yang berbentuk tetrahedral dengan banyak rongga berupa pori. Pori-pori yang banyak menjadikan zeolit sebagai material yang sangat porous sehingga sangat ideal digunakan sebagai adsorber. Disamping itu, penggunaan zeolit dtidak terlepas dari keberadaannya yang sangat melimpah di Indonesia, sehingga mudah diperoleh dan harganya sangat murah. Tujuan umum dari penelitian ini adalah mengembangkan kemasan aktif etilen adsorber berbahan KMnO4 yang teradsorb dalam zeolit berukuran nano yang dapat memperpanjang masa simpan buah klimakterik, sedangkan tujuan khususnya adalah (a) mendapatkan kondisi proses terbaik dalam pengecilan ukuran zeolit alam dengan menggunakan planetary ball milling, (b)memperoleh nano zeolit teraktivasi sebagai penyerap KMnO4(c) memperoleh nilai parameter kinetika laju adsorbsi KMnO4 oleh nano zeolit, (d) memperoleh nilai parameter laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang teradsorbsi dalam nano zeolit dan (e) memperoleh teknik aplikasi nano zeolit KMnO4 dalam kemasan aktif yang mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik. Penelitian dibagi menjadi 3 tahap, perlakuan terbaik di setiap tahapan penelitian akan digunakan untuk peneltian tahap selanjutnya. Semua tahapan penelitian dilakukan pengulangan minimal 2 kali. Ahap pertama adalah proses pengecilan ukuran partikel menggunakanplanetary ball mill dengan mengkombinasikan antara kecepatan putar chamber (300 rpm) dan lama waktu penggilingan (20,40 dan 60 menit). Selanjutnya zeolit diaktivasi fisik berupa pemanasan pada suhu (200, 400, 600, dan 800ºC) dan aktivasi kimia berupa perendaman dalam larutan KOH selama 2, 24 dan 48 jam. Berikutnya dilakukan pengujian untuk mengetahui kemampuan adsorbsi zeolit terhadap senyawa aktif berupa KMnO4. Zeolit direndam dalam larutan jenuh KMnO4 selama 5,5 jam dengan waktu pengamatan setiap 30 menit dengan menggunakan spektro fotometer UV-vis. Nano zeolit-KMnO4 selanjutya dianalisa sengan menggunakan spetrofotometer akustik (SFA) untuk mengetahui kemampuannya dalam mengoksidasi etilen. Kapasitas nano zeolit-KMnO4 dalam mengoksidasi etilen akan dijadikan basis dalam menentukan jumlah nano zeolit-KMnO4 yang perlu ditambahkan pada setiap kemasan produk yang dikemas sehingga dapat memperpanjang umur simpan produk. Hasil penelitian meunjukkan bahwa waktu penggilingan serta kecepatan putar chamber berpengaruh nyata terhadap ukuran partikel, serta sifat fisiko-kimia zeolit alam asal Bayah. Semakin lama waktu penggilingan maka ukuran partikel semakin kecil tetapi luas permukaan serta volume pori zeolit akan semakin turun jika digiling lebih dari 40 menit. Di samping itu, semakin lama waktu penggilingan akan menyebabkan persentase fraksi kristalin akan semakin turun, hal ini sangat tidak dikehendaki terjadi untuk zeolit yang akan difungsikan sebagai adsorber. Hasil terbaik dari tahap pertama penelitian ini adalah bahwa pengecilan ukuran zeolit selama 40 menit dengan kecepatan putar chamber sebesar 300 rpm menghasilkan luas permukaan serta volume pori terbesar dibanding perlakuan lainnya, yaitu masing-masing sebesar sebesar 96,503 m2/g dan 0,1626 cc/g Aktivasi fisik berupa kalsinasi pada suhu 400ºC selama 4 jam dan aktivasi kimia menggunakan larutan KOH 1 N selama 2, 24 dan 48 jam ternyata mampu meningkatkan kemampuan serap zeolit alam. Ini terlihat dari hasil analisa dengan menggunakan XRD dan FTIR. Hasil pengamatan memperlihatkan bahwa ukuran partikel dan lama waktu aktivasi tidak mempengaruhi secara nyata kecepatan adsorbsi KMnO4 oleh nano zeolit. Pengaruh perlakuan diduga terjadi pada 30 menit pertama terhitung mulai nano-zeolit direndam dalam larutan jenuh KMnO4. Model kinetika adsorbsi nano zeolit terhadap KMnO4ternyata mengikuti model adsorbsi ordo dua semu. Model tersebut dapat digunakan untuk meprediksi banyaknya bahan yang dapat diadsorbsi oleh adsorber pada proses perendaman hingga t tertentu. Hasil uji dengan menggunakan spektro fotoanalisis (SFA) diperoleh bahwa kemampuan nano zeolit-KMnO4 dalam mengoksidasi etilen terbaik adalah perlakuan penggilingan selama 40 menit dengan waktu aktivasi 2 jam, yaitu sebesar 113 ppm etilen. Jika diasumsikan bahwa produksi etilen buah pisang ambon seberat 1 kg adalah sekitar 360 ppm/ kg selama 8 hari penyimpanan maka untuk dapat mengurangi kandungan gas etilen dalam suatu kemasan pisang ambon selama 8 hari penyimpanan adalah sekitar 3 g nano zeolit-KMnO4. Penelitian ini menghasilkan kebaharuan berupa parameter-parameter yang mempengaruhi proses pengecilan ukuran partikel zeolit sehingga diperoleh nano zeolit yang memiliki daya adsorbsi tinggi terhadap KMnO4 yang selanjutya dapat berperan sebagai adsorber etilen dengan kemampuan oksidasi terhadap etilen tinggi (113 ppm etilen/gram nan zeolit). Penggunaan nano zeolit-KMnO4 yang dimasukkan ke dalam kemasan kertas selulosa dan disisipkan pada bagian dalam atas kemasan buah pisang, mampu memperpanjang masa simpan buah simpan hingga 23 hariatau 17 hari lebih lama dibandingkan kontrol. Kata kunci : nano-zeolit, KMnO4, etilen, adsorber SUMMARY SITI MARIANA WIDAYANTI. Design of ethylene Adsorber with nano zeoliteKMnO4 as active packagingfor storage climacteric fruit. Supervised by: KHASWAR SYAMSU, ENDANG WARSIKI and SRI YULIANI. Banana is one of the horticultural products that become one of the main export commodities of Indonesia. Some of these products have a high economic value, both in domestic and international markets. The use of ethylene adsorber for horticulture product packaging is an effort to maintain product quality. Potassium permanganate (KMnO4)is commonly compounds used as ethylene adsorber.These compounds are toxic so that the application is always applied to a particular matrix that is generally in the form of a porous material such as activated charcoal, clay, foam, brick and others. Selection of zeolite material in this study is based on the physico-chemical properties of zeolites as ideal material adsorber. Zeolites have Si-O and Al-O major structural bonding, tetrahedral shaped, with many pores. Such pores makes zeolite material is very porous and ideal to be used as adsorber. Additionally, zeolite is abundant in Indonesia, easy to obtain and very cheap. The general objective of this research was to develop ethylene adsorber active packaging from KMnO4 that adsorbed in nano-zeolite to extend the shelf life of climacteric fruits. The specific objectives were (a) to obtain the best process condition in downsizing of zeolite particle size using planetary ball mill, (b) to obtain the rate of adsorbtion kinetics parameter value of KMnO4 by nano zeolites, (c) to obtain the value of the parameter rate of ethylene oxidation reaction by KMnO4, (d) to obtain nano zeolite as KMnO4 adsorber and (e) to obtain the application technique of nano zeolite-KMnO4 in active packaging to extend the shelf life of climacteric fruits. The study was conducted using selection method at each of treatment stage. The best and selected treatment or combination has the best character as expected. All research stages repeated at least twice. Particle size reduction process was done using planetary ball mill by that combines chamber rotational speed (300 rpm) and milling time (20,40 and 60 minutes). Furthermore, zeolite was physical activated by heating at temperature (200, 400, 600, and 800C) and chemical activation by immers in a solution of KOH for 2, 24 and 48 hours. Then, tested to determine adsorption ability of zeolite as active compounds of KMnO4. Zeolite was immersed in saturated solution of KMnO4 for 5.5 hours with observation time of every 30 minutes by using a spectrophotometer UV-vis. Nano zeolite-KMnO4 was analyzed using acoustic spectrophotometer (SFA) to determine its ability to oxidize ethylene. Longer milling process produced smaller particle size and reduced crystalline fraction in zeolite. The surface area and pore volume of the zeolite becomes smaller when the zeolite milled up to 40 minutes. BET analysis result that the highest surface area and pore volume was obtained from zeolite milled for 40 minutes with a rotational speed of 300 rpm, namely 96.503 m2/g and 0.1626 cc/g respectively. Based on these finding, the best milling process was 40 minutes with particle size of 560 nm. Physical activation, namely calcinations at 400◦C for 4 hours and chemical activation using KOH 1 N solution for 2, 24 and 48 hours were able to increase the adsorption ability of natural zeolite. This is evident from the analysis results using XRD and FTIR. Test for absorptive capability of nano zeolites was performed by soaking activated zeolite in a saturated solution of KMnO4 for approximately 5.5 hours. However, particle size and duration of the activation did not affect significantly the speed of KMnO4 adsorption by nano zeolites. This was apparent from the adsorption curve, which at t = 30 min, the adsorption rate look constant for all treatments. All of nano zeolite adsorption models was follow psedo order two of adsorption model, where the amount of absorbed materials at a certain time can be predicted using quasi order two equation model with confidential degree (R2) = 0.99 - 1. Photo Acoustic Spectrophotometer (SFA) result that nano zeolites-KMnO4 were milled for 40 minutes and activated for 2 hours has the highest ability to oxidize ethylene, namely 113 ppm/g. If, banana fruits ethylene production around 360 ppm/ kg for 8 days of storage and the absorption ability of nano zeolitesKMnO4 at 113 ppm/g, then 3 g of nano zeolite-KMnO4 powder is needed to reduce the content of ethylene gas in an ambon banana packing. Novelty from the research is namely parameters that affect downsizing process of zeolite particle size to obtain nano-zeolites with high absorb ability that can serve as ethylene-adsorber (113 ppm ethylene / gram nano zeolite). The use of nano zeolite-KMnO4 inserted into cellulose paper packaging was able to extend the shelf life of fruit up to 23 days or 17 days longer than the control. Keywords: nano-zeolite, KMnO4, ethylene © Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB DESAIN PENYERAP ETILEN BERBAHAN NANO ZEOLITKMnO4 SEBAGAI KEMASAN AKTIF UNTUK PENYIMPANAN BUAH KLIMAKTERIK SITI MARIANA WIDAYANTI Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016 Penguji luar komisipada Sidang Tertutup :Prof Dr Ir Risfaheri, MSi Dr Ir Emmy Darmawati, MSi Pengujiluarkomisi pada Sidang Promosi : Dr Ir Mat Syukur, MS Dr Ir Emmy Darmawati, MSi PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wa ta’ala, karena atas berkah dan rahmat-Nya penulisan disertasi untuk program Doktor pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian, dengan judul “Disain penyerap etilen berbahan nano zeolit-KMnO4sebagaikemasan aktif untuk penyimpanan buah klimakterik“dapat diselesaikan pada waktunya. Untuk itu, perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada komisi pembimbing, yaitu: Bapak Prof Dr IrKhaswar Syamsu, MSc(selaku ketua komisi pembimbing), Ibu Dr Endang Warsiki, STP MSi dan Ibu Dr Ir Sri Yuliani,MT (selaku anggota komisi pembimbing) atas bimbingan dan masukannya sehingga disertasi ini dapat terselesaikan dengan baik. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Prof (R) Dr Ir Risfaheri serta Ibu Dr Ir Emmy Darmawati, MSi yang bertindak sebagai penguji luar komisi pada sidang tertutup, serta Dr Ir Mat Syukur, MS sebagai penguji luar komisi pada sidang promosi, atas segala masukannya yang sangat berarti dalam menyempurnakan disertasi ini. Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak/Ibu dosen Program Studi Teknologi Industri Pertanian atas segala ilmu dan pengetahuan yang diberikan selama masa perkuliahan, sehingga menjadi bekal yang sangat berharga dalam penyusunan disertasi ini. Kepada Bapak Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kementerian Pertanian dan Bapak Kepala Balai Besar Pascapanen Pertanian, penulis ucapkan terima kasih atas kesempatan tugas belajar dan bantuannya selama pelaksanaan studi di Program Pascasarjana. Terima kasih yang tidak terhingga penulis haturkan kepada kedua orang tua Bapak H. Suyatno Atmosudjono (alm) dan IbuHj. Siti Asiah (almh), ibu mertua, suami beserta anak-anak tercinta, kakak serta adik, atas kasih sayang, doa dan dukungannya yang tidak pernah putus. Tidak lupa juga ucapanterima kasih yang tuluskepada teman-teman S-3 Program Studi TIP angkatan 2011 atas kebersamaannya selama ini dan berbagai pihak yang telah memberikan masukan selama penyusunan disertasi ini. Mudah-mudahan hasil penelitian yang telah diperoleh ini membawa manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan serta dapat menjadi bahan masukan bagi penelitian-penelitian selanjutnya. Bogor, Agustus2016 Siti Mariana Widayanti DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR ix x 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Manfaat 1.5 Ruang Lingkup 1.6 Tinjauan Kebaharuan 1.7 Sistematika Penulisan 1 1 4 4 5 5 5 6 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Produk Hortikultura 2.2 Etilen 2.3 Potasium Permanganat 2.4 Nano Teknologi 2.5 Zeolite 2.6 Kemasan aktif 2.7 Indikator 2.8 Polimer Plastik LDPE 2.9 Adsorpsi 7 7 8 9 12 13 15 16 17 18 3 METODOLOGI 3.1 Pendekatan masalah 3.2 Waktu dan tempat penelitian 3.3 BahandanAlat 3.4 Kerangka penelitian 3.4.1 Metode pengecilan ukuran 3.4.2 Aktifasi fisik dan kimia 3.4.3 Pengamatan dan penyusunan model laju produksi etilen pisang ambon 3.4.4 Pengembangan model laju adsorbsi KMnO4 pada nano zeolit 3.4.5 Pengembangan model laju oksidasi etilen oleh nano zeolitKMnO4 3.4.6 Pengamatan perubahan warna nano zeolit-KMnO4(peta warna) 3.4.7 Teknik aplikasi nano zeolit-KMnO4 pada permukaan kemasan aktif untuk produk buah klimakterik 3.4.8 Aplikasi etilen adsorber pada kemasan buah pisang ambon 20 20 20 20 22 23 23 24 24 25 25 26 27 4 PENGARUH PENGECILAN UKURAN PARTIKEL ZEOLIT ALAM TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA ZEOLIT 4.1 Pendahuluan 4.2 Metodologi 4.3 Hasil dan pembahasan 4.4 Simpulan dan saran 28 29 30 37 AKTIVASI DAN KINETIKA ADSORBSI-OKSIDASI NANO ZOLIT- KMnO4 5.1 Pendahuluan 5.2 Metodologi 5.3 Hasil dan Pembahasan 5.4 Simpulan dan saran 38 40 43 53 NANO ZEOLIT-KMnO4 SEBAGAI PENYERAP ETILEN DALAM KEMASAN AKTIF PRODUK HORTIKULTURA (Musa Paradisiaca.) 6.1 Pendahuluan 6.2 Metodologi 6.3 Hasil dan pembahasan 6.4 Simpulan 54 56 58 66 7 PEMBAHASAN UMUM 67 8 SIMPULAN DAN SARAN 79 5 6 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP 81 87 110 DAFTAR GAMBAR .1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 6.1 6.2 6.3 6.5 Grafik proses pematangan buah klimakterik yang dipengaruhi 7 oleh respirasi dan sintesa etilen Mekanisme kerjakemasan aktif 15 Lokasi penambangan zeolit alam dan zeolit dengan berbagai ukuran 21 Kerangkapenelitian 22 Diagram pembuatan nano-zeolite dengan Metode top-down 23 Peta warna standar masa simpan buah (ilustrasi) 26 Hubungan antara ukuran partikel zeolit dan waktu 31 penggilingan Ukuran partikel kontrol (a) dan (b) ukuran partikel setelah 32 milling 60menit (Hasil PSA) Hasil analisa SEM dengan Perbesaran 2000x pada Kontrol 33 (a), penggilingan 20 menit (b), penggilingan 40 menit (c) dan penggilingan 60 menit (d) Hubungan antara waktu penggilingan dengan total volume pori (a34 dan (b) luas permukaan pori Hubungan waktu penggilingan dan diameter pori 35 Fraksi kristalin dan amorf partikel zeolit yang digiling 36 Skema Konfigurasi pengukuran daya adsorbsi zeolit terhadap 43 etilen Unsur kimia utama pembentuk struktur zeolit alam Bayah 45 Pola adsorbsi zeolit teraktivasidalam larutan KMnO4 jenuh 46 Perubahan ikatan kimia struktur zeolit teraktivasi (FTIR) 47 Hubungan antara ln (qe – qt) dan t. zeolit yang digiling 20 49 menit dan 40 menit, diaktivasi 2 jam Hubungan antara ln t/qt dan t. (a) zeolit yang digiling 20 50 menit dan (b) digiling 40 menit, masing-masing diaktivasi 2 jam Hasil pengukuran Kapasitas Serap Beberapa Perlakuan 52 Zeolit Terhadap Etilen dengan menggunakan Spektro Fotoakustik : (a) Kurva standar etilen (b) kapasitas serap zeolit giling 40 menit aktifasi 2 jam Profil produksi etilen rata-rata pisang Ambon dari 3 chamber 59 kaca Profil pola oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4 dengan kemampuan sebesar 113 ppm etilen /g zeolit Peta warna menurut Munsell 61 Nano zeolit-KMnO4 sebelum (a) dan (b) sesudah terjadi 61 oksidasi dengan etilen 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.2 7.3 7.4 (a) Nano zeolit dengan PVA dengan konsentrasi yang berbeda (blending), (b) nano zeolit yang ditebarkan pada material berperekat (coating) (c) nano zeolit tableting dan (d) nano zeolit dalam tea-bag selulosa (sacheting) Penampakan permukaan nano zeolit ketika dicampur dengan PVA. (a) perbesaran 25x, (b) perbesaran 500x, (c) perbesaran 2000x dan (d) perbesaran 10000x (a) Pisang kontrol pada hari ke 6 dan (b)pisang dengan nano zeolit-KMnO4 pada hari yang sama (a) penyimpanan pisang hari ke-17 dan (b) kondisi pisang pada hari ke-23 Pengamatan pola respirasi pisang dalam chamber Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap : (a) total volume pori, (b) diameter pori dan (c) luas permukaan (a) Serbuk nano zeolit-KMnO4 sebelum mengoksidasi etilen dan (b) nano zeolit-KMnO4 yang sudah mengoksidasi Penyimpanan pisang ambon .(a) kontrol hari ke-0, (b) hari ke-5, (c) hari ke-8, (d) hari ke-9 , (e) pisang dengan kemasan aktif hari ke-0 dan (f) pisang berkemasan aktif berumur simpan 23 hari 63 64 65 66 67 71 74 77 DAFTAR TABEL 2.1 2.2 2.3 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 6.1 6.2 7.1 7.2 Klasifikasi produk hortikultura berdasarkan laju produksi etilen Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai oksidator etilen serta aneka bahan peyerap KMnO4 Penyerap etilen komersil yang telah dikembangkan Pengaruh waktu penggilingan terhadap ukuran partikel zeolit (Uji Duncan) Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap fase kristalin zeolit Fase kristalin dan amorf pada zeolit Terkalsinasi Hasil Perhitungan ordo satusemudari 2 perlakuan Nilai qt hitung dan qt hasil penelitian Hasil analisa proksimat pisang ambon Perubahan warna pada nano zeolit-KMnO4 Pengaruh waktu penggilingan terhadap ukuran partikel zeolit Pengaruh ukuran partikel zeolit terhadap struktur pori zeolit 9 11 14 32 36 44 49 51 58 60 68 70 DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Prosedur analisa XRD Prosedur Analisa FTIR Perhitungan Anova :Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap fraksi kristalin zeolit Pendugaan model persamaan produksi etilen pisang ambon Model Persamaan daya oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4 Penurunan rumus kinetika ordo satu semu Contoh perhitungan nilai qe, qt dan k1 pada model persamaan ordo satu semu Contoh perhitungan nilai qe, qt dan k1 pada model persamaan ordo dua semu 88 90 91 Model persamaan kinetika ordo dua semu 100 109 Penampakan pisang yang dikemas dengan nano zeolit-KMnO4 selama 27 hari dan selanjutnya kemasan dibuka dan disimpan di suhu ruang Riwayat hidup 92 96 97 98 99 110 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Salah satu strategi pembangunan di bidang pertanian tahun 2015-2019 adalah peningkatan daya saing produk pertanian melalui standarisasi produk dan proses, peningkatan rantai pasok, mutu dan keamanan pangan (Kementan 2014). Produk hortikultura termasuk kedalamnya buah-buahan tropis merupakan salah satu komoditas ekspor andalan Indonesia yang beberapa diantaranya memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi baik di pasaran lokal maupun internasional. Namun demikian, sama halnya dengan semua produk-produk pertanian, buahbuahan tersebut memiliki umur simpan yang pendek pada penyimpanan suhu ruang sehingga perlu penanganan yang benar agar tidak terjadi penurunan mutu dan daya saingnya di pasaran. Umur simpan yang pendek terjadi karena selama proses penyimpanan, semua produk hortikultura termasuk buah-buahan akan mengalmi proses perubahan sifat fisiko kimia yang meliputi peningkatan laju respirasi, diproduksinya etilen, buah menjadi lunak serta terjadinya perubahan warna kulit (Lizada 1993: Gomez-Lim 1997: Herrianus et al, 2003). Hal tersebut terjadi karena terjadinya proses metabolisme pada sel yang merubah karbohidrat menjadi gula sederhana, menurunnya kandungan asam organik, terbentuknya senyawasenyawa volatil serta penurunan tekanan turgor pada dinding sel yang menyebabkan buah yang matang lebih lunak. Pisang adalah salah satu buah tropis yang memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi bahkan beberapa jenis diantaranya merupakan komoditas ekspor andalan Indonesia. Data BPS mulai tahun 1995-2015 diketahui bahwa produksi pisang di Indonesia adalah terbesar dibanding produksi buah lokal lainnya. Sehingga sangat beralasan jika pisang merupakan buah yang paling banyak dikonsumsi oleh penduduk Indonesia (Rusnas 2005). Namun seperti telah dijelaskan pada bagian terdahulu, umur simpan pisang sangatlah pendek. Penyimpanan pisang pada suhu ruang sekitar 27-28◦C hanya bertahan sekitar 7-8 hari saja (Basel et al. 2002;Decosta dan Erabadupitiya, 2005). Umur simpan yang pendek sangatlah tidak menguntungkan bagi komoditas pertanian yang memerlukan transportasi cukup lama untuk sampai ke konsumen, bahkan menjadi kendala utama dalam ekspor buah-buahan Indonesia ke mancanegara. Salah satu faktor penting terkait penyimpanan produk hortikultura adalah diproduksinya gas etilen. Etilen adalah senyawa tidak berbau, dihasilkan oleh buah dan sayuran ketika mengalami proses pematangan (Ponce et al. 2009). Pada konsentrasi tertentu, (di atas 0,1 µl) etilen dapat mempengaruhi umur simpan buah dan sayuran tersebut (Willa dan Warton 2000;Wills et al. 2001).Dengan kondisi seperti ini, pengendalian kondisi penyimpanan telah menjadi salah satu pendorong berkembangnya teknologi pengemasan. Teknologi kemasan aktif dan kemasan cerdas merupakan beberapa contoh teknologi yang berkembang dan diharapkan dapat mengatasi masalah dalam mengurangi kerusakan produk hortikultura selama penyimpanan khususnya karena etilen. 2 Beberapa model teknologi kemasan telah digunakan dalam upaya memperpanjang umur simpan produk hortikultura, terutama yang terkait dengan masalah laju respirasi serta produksi etilen dari produk, diantaranya teknologi kemasan dengan teknik CAP/MAP (Devlieghere et al. 2001;Belcher 2006; Brody 2007), teknolologi kemasan aktif (Quintavalla 2002) dan kemasan cerdas (smart packaging).Teknologi kemasan aktif adalah salah satu hasil dari berkembangnya teknologi kemasan. Pada prinsipnya semua kemasan aktif memiliki bahan aktif yang mampu menjaga mutu produk atau memperpanjang umur simpan, misalnya potasium permanganat, zeolit, bentonit, kieselguhr,crystaline aluminosilicates sebagai etilen absorber (Brody et al. 2001) dan 1-MCP, bakteriosin ( nisin) sebagai antimikroba (Natrajan and Sheldon 2000), kelompok enzim seperti glucose oxidase, (Fuglsang 1995), lactoperoxidase (Conner 1993) dan Lysozym (Fuglsang 1995). Menurut Suppalkul et al. (2003) :Appendini dan Hotchkiss (2002) dan Quintavalla (2002), kemasan aktif adalah salah satu bentuk kemasan dimana antara produk, kemasan dan lingkungan di dalam kemasan secara aktif berinteraksi sehingga dapat (1) memperpanjang umur simpan, (2) mempertahankan sifat organoleptik bahan serta (3) menjamin keamanan kualitas produk. Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengurangi pengaruh negatif etilen terhadap umur simpan produk hortikultura dalam kemasan. Choi et al. (2003) dan Bailen et al. (2006) melakukan penelitian dengan menggunakan arang aktif untuk menyerap etilen meskipun pada akhirnya etilen tidak sepenuhnya dapat diserap. Penggunaan katalis untuk meningkatkan daya serap arang aktif juga telah dilakukan oelh Conte et al. 1992; Maneerat et al. 2003), hal yang sama juga dilakukan oleh Bailen et al. 2007 yang menggunakan arang aktif dengan paladium sebagai katalisator dan memperlihatkan hasil yang lebih baik dibandingkan jika hanya menggunakan arang aktif. Beberapa penelitian telah menggunakan potasium permanganat (KMnO4) sebagai etilen adsorber, zester et al. (2014), Sholihati (2006) serta Kavanag dan Wade (1987). Potasium permanganant atau KMnO4 adalah salah satu oksidator kuat yang sudah cukup banyak diteliti efektifitas dan kemampuannya dalam mengoksidasi etilen. Menurut banyak penelitian, penggunaan KMnO4 sebagai oksidator etilen akan lebih efektif jika berada dalam bentuk cairan yang selanjutnya dijerapkan pada suatu material pengikat. Beberapa penelitian telah dilakukan dengan bahan pengikat KMnO4 adalah tempurung kelapa (Sholihati 2006), clay (Zagory 1995), marl (Phatnibool et al. 2006) maupun zeolit (Amin dan Mitrayanan 2013). Sedangkan penelitian mengenai efektivitas KMnO4 sebagai pengoksidasi etilen telah banyak juga dilakukan, diantaranya Xue-Liu et al. (2006) melakukan penelitian tentang penggunaan efektifitas KMnO4 yang digabung dengan sodium metasilikat dan sodium aluminate untuk menyerap etilen. Penelitian sejenis juga telah dilakukan oleh Wills et al . (2004) ; Rathore et al. (2009); Zewter et al. (2012). Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa salah satu kendala dalam pembuatan etilen adsorber dengan menggunakan oksidator KMnO4 adalah material pengadsorbnya. Beberapa bahan yang telah digunakan diantaranya adalah arang aktif, sponge, silika gel, marl, tanah liat dan tempurung kelapa. Bahan-bahan tersebut umumnya memiliki kemampuan adsorb yang rendah sehingga dalam pengaplikasiaannya memerlukan jumlah yang banyak. 3 Sebagai ilustrasi adalah hasil penelitian yang dilakukan oleh Sholihati (2004), untuk memperpanjang masa simpan buah pisang raja bulu yang diletakkan dalan suatu kemasan 0,5 – 1 kg, memerlukan etilen adsorber sebanyak 30 g. Dengan latar belakang tersebut perlu kiranya dilakukan suatu penelitian yang menghasilkan bahan penyerap KMnO4 yang lebih efisien dan efektif. Salah satu bahan yang memiliki prospek yang baik untuk digunakan adalah zeolit alam. Zeolit alam merupakan salah satu bahan galian non logam yang saat ini penggunaaannya pada berbagai bidang industri serta pertanian semakin berkembang. Hal ini tidak terlepas dari kemampuannya sebagai bahan penukar kation, katalis dan adsorber. Khusus untuk kemampuannya yang tinggi dalam mengadsorb suatu larutan atau gas, zeolit telah banyak juga digunakan sebagai pengadsorb KMnO4. Hal ini tidak terlepas dari sifat fisiko-kimia zeolit yang merupakan senyawa kristalin aluminosilikat yang mengandung banyak sekali pori-pori dan rongga-rongga berskala molekular dengan rentang ukuran dari 3 Å sampai 15 Å, oleh karena itu zeolit merupakan material yang sangat porous. Untuk mengoptimalkan fungsi zeolit sebagai adsorber, maka dalam tahap awal penelitian ini, zeolit akan dikecilkan ukurannya hingga berukuran di bawah 1 µm (nano meter). Penelitian mengenai pengecilan ukuran zeolit menjadi nano zeolitpun masih sangat jarang dilakukan. Zeolit dengan ukuran nano partikel diharapkan dapat meningkatkan kemampuan zeolit sebagai adsorber karena luas permukaan serap zeolit akan meningkat sejalan dengan semakin kecilnya ukuran partikel.Dalam ukuran partikel yang lebih kecil maka luas permukaan partikel akan semakin tinggi, sehingga akan mempengaruhi sifat optik, katalitik serta sifat bahan lainnya (Boccuni et al. 2008 ; Kahn 2006) Ukuran partikel yang semakin kecil diharapkan kapasitas penyerap zeolit akan semakin tinggi. Jika banyaknya larutan KMnO4 yang dapat diserap oleh nano-zeolit semakin tinggi maka akan berpengaruh langsung terhadap kemampuannya dalam mengoksidasi etilen. Pada akhirnya, nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber akan semakin efisien. Efisiensi dalam penggunaan zeolit akan berdampak pada penggunaan zeolit yang semakin sedikit, sehingga dengan demikian akan berimbas pula terhadap biaya pemakaian nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber dalam suatu kemasan produk hortikultura. Selain sebagai etilen adsorber, nano zeolit-KMnO4 diharapkan juga dapat bertindak sebagai indikator masa simpan produk hortikultura. Ini dikarenakan selama proses oksidasi dengan etilen, terjadi perubahan warna zeolit-KMnO4 yang pada awalnya berwarna ungu akan berubah menjadi coklat kehitaman sejalan dengan tingkat oksidasi yang terjadi. Zeolit-KMnO4 akan berwarna coklathitam ketika seluruh KMnO4 yang teradsorb dalam zeolit berhasil mengoksidasi etilen. Perubahan warna ini dikorelasikan dengan tingkat kematangan buah, sehingga lamanya waktu simpan produk dapat diduga dengan melihat perubahan warna zeolit yang terjadi. Hal ini menjadi nilai tambah tersendiri untuk penggunaan nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber dan sekaligus sebagai indikator masa simpan produk. 4 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, perlu dilakukan proses pengembangan penelitian untuk meningkatkan daya penyerap zeolit alam terhadap KMnO4. Nano zeolit-KMnO4 tersebut bertindak sebagai etilen adsorber dalam pengemasan produk hortikultura khususnya buah-buahan klimakterik. Proses pengembangan yang dapat dilakukan adalah untuk memecahkan masalah dalam penggunaan bahan pengadsorb KMnO4 dalam hal ini zeolit alam, yang selanjutnya dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Proses pengecilan ukuran zeolit hingga berukuran nanometer serta proses aktivasi kimia/fisika perlu dilakukan untuk merubah sifat fisiko-kimia zeolit menjadi material ideal untuk dijadikan etilen adsorber 2. Perubahan sifat fisiko-kimia zeolit yang terjadi selama proses pengecilan ukuran partikel serta proses aktivasi belum diketahui 3. Pengaplikasian nano zeolit-KMnO4 sebagai etilen adsorber dalam kemasan produk hortikultura dilakukan dengan cara blending dengan resin PVA, tableting dengan meggunakan nano selulosa sebagai bahan perekat, coating dan sacheting (dikemas dalam kantong selulosa). 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan umum dari penelitian ini adalah: Mengembangkan kemasan aktif berbahan aktif KMnO4 memperpanjang umur simpan buah klimakterik. yang dapat Tujuan khusus: a. Memperoleh kondisi proses terbaik dalam pengecilan ukuran zeolit alam dengan menggunakan planetary ball milling b Memperoleh nano zeolitteraktivasi sebagai bahan penyerap KMnO4 c. Memperoleh nilai parameter kinetika laju penyerap KMnO4 oleh nano zeolit d. Memperoleh nilai parameter laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang terserap dalam nano zeolit e. Memperoleh teknik aplikasi nano zeolit-KMnO4 sebagai penyerap etilen dalam kemasan aktif yang mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik 5 1.4 Manfaat Penelitian Kemasan aktif akan mampu memperpanjang masa simpan dan mempertahankan kualitas sensoris dari buah klimakteri. Dengan demikian akan mengurangi losses produk hortikultura selama penyimpanan, hal ini merupakan keuntungan secara ekonomi bagi pelaku agribisnis produk hortikultura, sekaligus membuka peluang untuk mengembangkan industri kemasan aktif. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini meliputi: 1. Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis zeolit alam yang berasal dari daerah Bayah-Banten. 2. Pengecilan ukuran zeolit dilakukan dengan menggunakan planetary ball milling Retsch tipe PM 100. Bola yang digunakan adalah bola stainless-steel berdiameter 10 mm sebanyak 50 buah. 3. Buah klimakterik yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah pisang ambon yang berasal dari daerah Bogor 1.6 Tinjauan Kebaharuan Penelitian ini memiliki nilai kebaharuan sebagai berikut: 1. Kondisi proses pengecilan ukuran zeolit dengan menggunakan planetary ball milling 2. Aktivasi fisik dan kimia yang tepat untuk nano zeolit 3. Penggunaan nano zeolit teraktivasi sebagai penyerap KMnO4 4. Nilai parameter kinetika laju penyerapan KMnO4 oleh nano zeolit 5. Nilai parameter laju oksidasi etilen oleh KMnO4 yang terserap dalam nano zeolit 6. Aplikasi nano zeolit-KMnO4 sebagai penyerap etilen dalam kemasan aktif yang mampu memperpanjang masa simpan buah klimakterik 6 1.7 Sistematika Penulisan Disertasi ini tersusun atas 8 bab. Bab 1 merupakan pendahuluan, bab 2 tinjauan pustaka, bab 3 adalah metodologi, bab 4, 5 dan 6 adalah bab-bab yang berisi tahap-tahap penelitian yang menggambarkan proses penelitian dari awal hingga akhir yang ditulis menggunakan format jurnal. Bab 7 merupakan pembahasan umum dan Bab 8 berupa simpulan dan saran. Bab 1 PENDAHULUAN merupakan latar belakang dari penelitian yang dilakukan. Pada bab ini juga terdapat perumusan masalah yang berisi upayaupaya yang dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian. Dalam bab ini pun terdapat tujuan dilakukannya penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup, serta tinjauan kebaharuan. Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA, berisi kajian pustaka serta teori –teori mengenai pengetahuan bahan atau material yang dapat dapat digunakan sebagai etilen adsorber serta penelitian-penelitian terdahulu terkait etilen adsorber pada produk hortikultura yang diaplikasikan pada kemasan. BAB 3 METODOLOGI, berisi diagram alir kerangka penelitian, bahan baku utama penelitian, alat-alat laboratorium yang digunakan, serta metodologi penelitian yang digunakan untuk mengevaluasi parameter-parameter yang berpengaruh dalam proses penelitian Bab 4 PENGARUH PENGECILAN UKURAN PARTIKEL ZEOLIT ALAM BAYAH TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA ZEOLIT ,berisi bahasan tentang pengaruh pengecilan ukuran zeolit serta pengaruhnya terhadap sifat fisik dan kimia zeolit yang diduga memberikan pengaruh terhadap sifat zeolit selanjutnya, terutama yang berhubungan dengan kemampuan serap zeolit. Bab 5 AKTIVASI DAN KINETIKA PENYERAP-OKSIDASI NANO ZEOLIT-KMnO4, penyusunan model kinetika penyerap nano zeolit terhadap KMnO4 serta mengkaji dan memodelkan laju oksidasi etilen oleh nano zeolit-KMnO4. Bab 6 NANO-ZEOLIT KMnO4 SEBAGAI PENYERAP ETILEN DALAM KEMASAN AKTIF PRODUK HORTIKULTURA ( Musa Paradisiaca.), berisi ulasan mengenai laju respirasi produksi etilen dari produk hortikultura (pisang ambon) dikaitkan dengan laju penyerapan etilen oleh nanozeolit-KMnO4 serta uji kemampuan nano zeolit-KMnO4 dalam memperpanjang umur simpan buah pisang ambon. BAB 7 PEMBAHASAN UMUM, merupakan bab yang akan merangkum keseluruhan perlakuan. Pembahasan umum diawali dengan penjelasan tentang gas etilen yang dihasilkan oleh hampir semua produk hortikultura, dimana keberadaan gas tersebut akan menentukan umur simpan produk itu sendiri. Penggunaan etilen adsorber diharapkan dapat mengurangi akumulasi gas etilen dalam kemasan sehingga umur produk hortikultura dapat disimpan lebih lama. Terakhir adalah Bab 8 berupa SIMPULAN DAN SARAN, yang akan memuat kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran berupa tindak lanjut hasil penelitian. 7 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Produk hortikultura Dalam Riset Unggulan Strategis Nasional (Rusnas) Tahun 2005 dinyatakan bahwa pisang merupakan salah buah yang paling banyak dikonsumsi oleh penduduk Indonesia dibandingkan buah lokal lainnya. Hal ini diduga selain karena kandungan gizinya, harganya yang terjangkau juga diduga berkaitan erat dengan produksi pisang Indonesia yang menurut data BPS sejak tahun 1995-2015 selalu menempati tempat terbesar dibanding produksi buah lainnya seperti mangga, jeruk, nenas dan rambutan. Adapun produksi buah pisang pada tahun 2015 adalah sebesar 6.189.052 ton. Hal ini pula yang melatarbelakangi Kementerian Pertanian menetapkan pisang sebagai salah satu buah unggulan nasional yang diharapkan dapat menjadi kontributor dan pendorong peningkatan kesejahteraan dan perekonomian nasional. Pisang termasuk ke dalam kelompok buah klimaterik yang memiliki sifat mudah rusak dan umur simpan yang tidak terlalu lama pada suhu kamar, sehingga jika tidak ditangani dengan benar dan cepat akan menurunkan mutu dan berpotensi merugikan petani dan pelaku usaha lainnya. Buah pisang merupakan salah satu buah klimakterik yang sangat mudah rusak dan memiliki umur simpan yang sangat pendek sehinggga losses pascapanennya sangat tinggi (Basel et al. 2002; Decosta dan Erabadupitiya 2005).. Proses pematangan buah khususnya buah klimakterik ditandai dengan semakin tingginya laju respirasi buah,seperti dapat dilihat pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Grafik proses pematangan buah klimakterik yang dipengaruhi oleh respirasi dan sintesa etilen (Pantastico 1989) 8 Etilen (C2H4) adalah salah satu gas yang dihasilkan oleh buah selama melakukan respirasi, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Konsentrasi etilen untuk buah-buah klimakterik akan terus meningkat sejalan dengan proses kematangan buah. Pada saat buah mencapai masak optimal (klimakterik) produksi etilen mencapai maksimum. Setelah fase klimakterik produksi etilen akan menurun hingga buah menjadi rusak (over ripe). 2.2 Etilen Etilen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang dihasilkan oleh tanaman atau buah selama periode pematangan.Penelitian tentang etilen telah mulai dilakukan mulai dekade 1920-an dan setelahnya terus diteliti tentang pengaruhnya dan perannya sebagai autokatalis terhadap penurunan kualitas buahbuahan dan sayuran segar selama penyimpananAbede et al. 1992. Etilan adalah senyawa yang pada konsentrasi sekitar 0,1 ppm telah dapat mempengaruhi daya simpan buah dan sayuran segar (Saltveit 1999), sehingga sangatlah penting menjaga kadar etilen tetap rendah agar umur simpan produk buah-buahan menjadi lebih panjang (Anjichi et al. 2005).Produksi etilen selain disebabkan oleh proses alami yang terjadi pada buah atau sayuran ketika pematangan , namun dapat dipicu oleh stress yang dialami oleh produk, seperti terjadinya chilling injury dan terjadinya pelukaan produk akibat benturan ataupun penganan pascapanen yang tidak tepat(Wang 1990 ; Abeles et al. 1992). Produksi etilen pada buah berbeda saat fase pre klimakterik dan klimakterik.Pengamatan terhadap laju produksi etilen buah manggis, pisang dan alpukatmemperlihatkan hasil yang beragam (Swadianto 2010; Nurfaidah 2007 ; Sholihati 2004). Laju produksi etilen saat buah pada fase klimakterik akan lebih rendah jika dibandingkan dengan laju pada saat buah mencapai fase klimakterik. Pisang dan alpukat memiliki laju respirasi yang hampir sama yaitu 0,5-1 ppm/kg/jam. Pada fase klimakterik mencapai 300-600 ppm/kg/jam (Nurfaidah 2007). Buah manggis memiliki laju produksi etilen pada saat pre- klimakterik sebesar 54,56 ppm/kg/jamsedangkan pada puncak klimakterik, laju produksi etilen yang dihasilkan adalah sebesar 247,29 ppm/kg/jam (Swadianto 2010). Peningkatan konsentrasi gas CO2 bersamaan dengan terbentuknya etilen(Pantastico 1989), seperti Gambar 2.1, sedangkan Tabel 2.1 memperlihatkan laju produksi etilen dari masing-masing kelompok buah yang dikelompokkan berdasarkan kecepatan laju respirasinya yaitu sangat rendah, rendah, medium, tinggi dan sangat tinggi. 9 Tabel 2.1 Klasifikasi produk hortikultura berdasarkan laju produksi etilen Kelas Laju Produksi Etilen Komoditas (µl C2H4/kg-jam) Sangat rendah <0,1 Strawberri, bunga kol, kentang, bunga potong, sayuran daun dan asparagus Rendah 0,1-1,0 Melon, nenas, semangka, terong dan mentimun Medium 1,0-10,0 Pisang, jambu, melon, mangga dan tomat Tinggi 10-100 Apel, alpukat, pepaya dan buah kiwi Markisa >100 Markisa Sumber: Kader (1992) 2.3 Potasium Permanganat (KMNO4) Kalium atau potasium permanganat adalah senyawa kimia anorganik yang merupakan oksidator kuat, oleh karenanya KMnO4 dapat dijadikan salah satu bahan yang dapat digunakan untuk mengoksidasi etilen.Etilen dapat dioksidasi oleh kalium permanganat menjadi mangandioksida, kalium hidroksida, dan karbondioksida (Ahvenainen 2003). Reaksi pemecahan etilen oleh kalium permanganat dapat dilihat dari persamaan berikut: � etilen + ���� − − − −→ potasium permanganat ��� + ��� + � mangan oksida kalium hidroksida karbondioksida Dalam aplikasinya, KMNO4 akan lebih efektif jika dibuat menjadi larutan dan selanjutnya ditambahkan bahan atau media penyerap KMNO4 yang umumnya berupa karbon aktif, vermikulit, pelet alumina, zeolite, zirconia, lempung, silica, dan alumunium (Ahvenain 2003). Bahan penyerap komersial, umumnya mengandung KMnO4 sekitar 4-6%. Selama proses penggunaannya, KMNO4 akan mengalami perubahan warna. Perubahan warna tersebut mengindikasikan kapasitas penyerapan yang tersisa. KMnO4 akan berwarna ungu dan berubah menjadi coklat ketikan daya serapnya menurun,hal ini terjadi karena oksidasi antara KMNO4 dengan etilen, salah satunya akan menjadi MnO2 yang akan menempel dan menutup permukaan bahan penyerap sehingga etilen sudah tidak dapat diserap lagi (Ahvenain 2003). Hingga saat ini, KMnO4 masih dianggap sebagai etilen adsorber yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Banyak penelitian-penelitian yang telah dilakukan yang bertujuan untuk memperpanjang umur simpan produk hortikultura, baik berupa buah-buahan maupun sayuran menggunakan KMnO4 sebagai bahan aktifnya. Zhen-Xue Liu et al. (2006) melakukan penelitian terkait bahan pendukung KMnO4 dengan menggunakan natrium metasilicate dan natrium aluminate, dan menemukan bahwa kapasitas adsorpsi tidak hanya berhubungan dengan KMnO4 tetapi juga rasio Si/Al molar dan proses yang digunakan untuk 10 pendukung. Saira Ishak et al. (2009); Pichaya Boonprasom et al. (2008) melakukan penelitian terhadap umur simpan buah aprikot dan mangga terkait dengan jumlah etilen yang berhasil diserap oleh KMnO4 selama penyimpanan. Penelitian yang relatif baru dilakukan oleh Khosravi (2013) yang mencoba memblending nano KMnO4 dengan resin LDPE (Low Density Polyethylene) . Disebutkan bahwa penambahan KMnO4 pada LDPE mempengaruhi sifat thermal, mekanik dan barieer dari plastik yang dihasilkan. Penggunaannya pada buah pisang, berhasil menunda kematangan buah pisang dibandingkan jika pisang dikemas dengan plastik LDPE. Penelitian-penelitian tersebut membuktikan bahwa KMnO4 merupakan bahan yang cukup berhasil dalam mempertahankan umur simpan produk-produk hortikultura yaitu dengan cara mengoksidasi gas etilen yang dihasilkan oleh produk selama proses penyimpanan. Senyawa lain yang memiliki fungsi sama dengan KMnO4 yaitu sebagai zat yang dapat menunda kematangan buah-buahan dintaranya adalah nama 1methylcyclopropene yang pertama kali disintesa oleh Magid et al. (1971). 1-MCP ( 1-methylcyclopropene) memiliki rumus kimia C4H6, dan mempunyai cara kerja yang sedikit berbeda dengan KMnO4. Zat ini mencegah kerja reseptor yang memproduksi etilen (Sisler dan Serek 2003). Namun hingga saat ini penggunaan 1-MCP belum sebanyak KMnO4. Meskipun dibeberapa negara telah ada kemasan aktif anti etilen yang sudah dikomersialkan seperti ProFresh, Everfresh/Oya-Stone, dan Dunapack/Frisspack (Brody et al. 2001). Beberapa penelitian juga telah dilakukan dengan menggunakan 1-MCP sebagai bahan anti etilen. Penggunaan kombinasi perlakuan antara 1-MCP dengan penggunaan kemasan LDPE untuk mengemas buah mangga (Jiang dan Joyce 2000) dan penelitian yang mengkombinasikan penggunaan 1-MCP dengan KMnO4 yang dicoating dengan nano zeolit(Sardabi et al. 2013). Kedua penelitian menyimpulkan bahwa penggunaan 1-MCP berhasil memperpanjang umur simpan baik mangga maupun apel masing-masing selama 30 hari dan 5 bulan. 11 Tabel 2.2 Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai oksidator etilen serta aneka bahan penjerap KMnO4 No. 1. Judul dan Peneliti Efficacy of potassium permanganate impregnated into alumina beads to reduce atmospheric ethylene. Wills RBH dan Warton MA. 2004 2. Kajian penggunaaan bahan penyerap etilen kalium permanganat untuk memperpanjang umur simpan pisang raja (Musa Paradisiaca var. Sapientum L.). Tesis. IPB. Sholihati. 2004 3. Kajian penggunaan sistem kemasan aktif penyerap etilen untuk memperpanjang masa simpan buah alpukat (persea americana Mill). Nurfaidah AR. 2007 Menguji kemampuan silika gel yang sudah direndam larutan KMnO4 dalam menyerap etilen dan memperpanjang masa simpan buah alpukat 4. Production of Ethylene Absorber for Extending Postharvest Life of Mango cv. Nam Dok Mai Pichaya B, Pornchai R dan Wutthirat P. 2008 Menguji pengaruh penggunaan marl sebagai bahan penjerap KMnO4 dibandingkan dengan etilen absorber komersial 5. Potassium permanganate effects in postharvest conservation of the papaya cultivar Sunrise Golden Danieele FPS et al . 2009 Mengetahui pengaruh KMnO4 dalam memperpanjang umur simpan buah sun rise goldenpepaya 6. Influence of Post Harvest Calcium Chloride Application, Ethylene Absorbent and Modified Atmosphere on Quality Characteristics and Shelf Life of Apricot (Prunus armeniaca L.) Fruit During Storage Saira I, Habib AR, Tariq M dan Sartaj A. 2009 Effect of 1-methylcyclopropene, potassium permanganate and packaging on quality of banana Zewter KW dan Workneh TS. 2012 Mengkaji penggunaan CaCl2 dan KMnO4 dalam memperpanjang umur simpan buah aprikot 7. Kajian Menguji kemampuan butir alumina yang mengandung 4% KMnO4 dalam mengurangi kandungan etilen dalam suatu ruang Mengkaji penggunaan arang aktif dari tempurung kelapa sebagai bahan pengikat KMnO4 dan efektifitasnya dalam menyerap etilen Mengkaji penggunaan beberapa bahan pengemas dikombinasikan dengan penggunaan 1-MCP dan KMnO4 dalam memperpanjang umur simpan buah pisan 12 Tabel 2.2 Penelitian-penelitian terdahulu mengenai KMnO4 sebagai oksidator etilen serta aneka bahan penjerap KMnO4 No. Judul dan Peneliti 8. The effects of 1-methylcyclopropen (1mcp) and Potassium permanganate coated zeolite Nanoparticles on shelf life extension and qualityLoss of golden delicious apples. Fatemeh S, Javad M, Forough S dan Ali AJ. 2013 9. Thermal, Dynamic Mechanical, and Barrier Studies of Potassium Permanganate-LDPE Nanocomposites.Rahim K, Seyed AH, Seyed AS dan Amir A R. 2013 Kajian Menguji masa simpan buah apel yang diberi perlakuan 1-MCP dan KMnO4 dalam nano zeolite Pembuatan kemasan komposit antara LDPE dan nano KMnO4 untuk plastik kemasan buah Dari Tabel 2.2 terlihat bahwa penelitian-peneltian terkait penggunaan zeolit sebagai bahan pengadsorb KMnO4 masih sangat terbatas sehingga potensi serta karakteristik zeolit masih harus terus dikajiterutama terhadap sifat porous serta ikatan kimia struktur pembentuk zeolit yang menjadikan zeolit sebagai material ideal untuk dijadikan bahan pengadsorb KMnO4. 2.4 Nano Teknologi Tahun 1959, Feynman memperkenalkan konsep nanoteknologi pertama kali pada pertemuan para ahli fisika se-Amerika (Khamdemhossini dan Lange 2006). Sejak saat itu nanoteknologi mulai berkembang. Nanoteknologi merupakan suatu teknologi pembentukan bahan fungsional dan sistem yang didasarkan pada pengaturan skala atau ukuran yang diperoleh melalui pemanfaatan fenomena umum secara fisika, kimia, serta biologi (Park 2007). Selanjutnya, material berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul dari material berukuran besar, selain itu material dengan ukuran nanometer memiliki sifat yang dapat diubah-ubah melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi antar partikel(Roco 2003; Lead 2007). Penggunaan KMnO4 sebagai etilen absorber yang dikombinasikan dengan bahan pembawa seperti zeolit atau arang aktif dalam ukuran nano belum banyak dilakukan, hal ini berbeda dengan penggunaan KMnO4 dalam bentuk larutan yang terserap dalam bahan pembawa yang sudah banyak dilakukan, diantaranya adalah yang dilakukan oleh Abe (1999), Sholihati (2004), Boonprason et al. (2008) dan Ishak (2009), yang masing-masing menggunakan KMnO4 untuk memperpanjang umur simpan serta mempertahankan kualitas sensoris dari brokoli, bayam, buah pisang raja bulu, mangga Nam Dok Mai dan Aprikot. Secara umum, penelitianpenelitian tersebut menyimpulkan bahw

Dokumen baru

Tags

Dokumen yang terkait

Studi Pemanfaatan Zeolit Alam Aktif Sebagai Penyerap Ammonia di Dalam Akuarium Sebagai Media Budidaya Ikan Tawar
6
94
56
Penyimpanan Buah Terung Dibelanda Dengan Kemasan Aktif Menggunakan Bahan Penyerap Oksigen,Karbondioksida,Uap Air Dan Etilen
0
21
106
Penggunaan Bahan Penjerap Etilen Pada Penyimpanan Pisang Barangan Dengan Kemasan Atmosfer Termodifikasi Aktif
0
35
87
Mempelajari Efektivitas Sistem Penyerap Etilen dengan Kalium Permangatan (KMnO4) dan Pengaruhnya terhadap Konsentrasi CO2 pada Penyimpanan Buah Segar
0
8
76
Pengembangan Bahan Penyerap Etilen untuk Penyimpanan dan Pengemasan Produk: Pertanian Segar
0
10
90
Kajian Pola Penyerapan Etilen dan Oksigen untuk Penyimpanan Buah Segar
4
19
126
Kemasan Aktif Buah Salak Pondoh (Salacca edulis Reinw.) dengan Penyerap Gas Etilen dan Gas Karbondioksida
2
12
110
Penyimpanan Buah Salak Pondoh (Salacca edulis Reinw.) Menggunakan Kemasan Aktif Penyerap Etilen
1
4
135
Arang Aktif Berbahan Baku sebagai Penyerap Polutan Gas dalam Media Kertas
0
4
47
Kemasan Aktif Penyerap Etilen Berbahan Dasar Kitosan dan KMnO4
0
10
43
Penggunaan KMnO4 sebagai Penyerap Etilen pada Buah Pisang Ambon Kuning (Musa paradisiaca L.)
0
11
46
Pengaruh penggunaan KMnO4 sebagai bahan penyerap Etilen selama penyimpanan Buah Alpukat(Persea americana, Mill)
3
19
39
Kajian Penggunaan Sistem Kemasan Aktif Penyerap Etilen Untuk Memperpanjang Masa Simpan Buah Alpukat ( Persea americana Mill )
0
4
148
KARBON AKTIF SEBAGAI BAHAN PENYERAP.
0
2
5
STUDI PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM AKTIF SEBAGAI PENYERAP AMMONIA DIDALAM AKUARIUM SEBAGAI MEDIUM BUDIDAYA IKAN TAWAR
0
0
13
Show more