Pengaruh Suhu Terhadap Nilai Difusivitas Panas Dan Konduktivitas Panas Pada Tomat (Solanum Lycopersicum l)

PROPOSAL PENELITIAN

PENGARUH SUHU TERHADAP NILAI DIFUSIVITAS PANAS DAN KONDUKTIVITAS PANAS PADA TOMAT (Solanum lycopersicum L)

Diusulkan oleh : YUNI SATRIA NINGSIH NIM. 01959/2008

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2013

1

A. Judul Penelitian Pengaruh Suhu Terhadap Nilai Difusivitas Panas dan Konduktivitas Panas pada Tomat (Solanum lycopersicum L). B. Bidang Kajian Fisika Material dan Biofisika C. Pendahuluan a.

Latar Belakang Masalah

Indonesia merupakan suatu negara yang memiliki kekayaan alam yang melimpah pada sumber daya alam hayati, seperti halnya pada bidang pertanian. Kekayaan ini telah lama dimanfaatkan oleh masyarakat untuk berbagai macam keperluan, antara lain sebagai bahan pangan dan obatobatan. Adapun hasil dari beberapa produk pertanian ini berupa buah-buahan dan sayur-sayuran. Kebutuhan akan buah-buahan dan sayur-sayuran dikalangan masyarakat Indonesia semakin lama semakin meningkat, hal ini disebabkan karena sangat pentingnya mengkonsumsi buah-buahan dan juga sayur-sayuran. Meningkatnya kebutuhan buah-buahan ini disamping karena jumlah penduduk yang terus meningkat juga karena meningkatnya kesadaran masyarakat akan arti gizi dan peranan gizi bagi kesehatan (Anggarwati, 1986). Kebutuhan untuk mengkonsumsi buah-buahan dan juga sayur-sayuran juga semakin meningkat seiring dengan adanya slogan “ 4 sehat 5 sempurna ” yang kian menggema sehingga kebutuhan akan buah dan sayur meningkat pula. Dengan mencukupi kebutuhan pangan akan buah dan sayur sudah

2

barang tentu juga mencukupi kebutuhan tubuh seperti vitamin, protein, mineral dan juga karbohidrat. Salah satu jenis tanaman hasil pertanian yang sejak lama hingga kini masih sangat dibutuhkan di semua kalangan masyarakat diantaranya tomat. Dimana tomat memiliki nama latin “Solanum lycopersicum L”, yang merupakan tanaman buah dan juga sayuran. Didalam masyarakat, tomat hampir ditemui disetiap makanan seperti jus, bumbu masakan, garnis dan sebagai buah. Kebutuhan akan tomat semakin lama kian meningkat, hal tersebut dikarenakan tomat memiliki kandungan yang sangat penting bagi tubuh, diantaranya vitamin C dan A (Mumtazanas, 2007). Hal diatas berdasarkan dengan data pada tabel 1 dibawah ini. Tabel 1. Data Peningkatan Hasil Panen Tomat di Provinsi Sumatera Barat

Tahun

Hasil Panen ( Ton )

1998

14.148

2007

25.577

2008

30.793

2009

33.842

2010

49.172

2011

58.078

Sumber :BPS Provinsi Sumbar dan Dinas Pertanian dan Pangan Dilihat dari data diatas, dengan semakin meningkatnya hasil panen tomat setiap tahunnya di Provinsi Sumatera Barat, maka semakin tinggi pula permasalahan yang akan timbul, seperti halnya sering terjadi kerusakan pada 3

penanganan

pascapanen

terutama

selama

proses

pengangkutan

dan

penyimpanannya (Santoso, 2011), namun akibat penanganan pasca panen yang tidak tepat, maka nilai ekonomisnya akan turun (Setiadi, 2000). Dari kedua hal tersebut yang kerap kali menjadi hambatan dan permasalahan dalam penanganannya dilapangan adalah pada saat proses penyimpanan. Lamanya proses penyimpanan pada tomat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti : 1.

Suhu dan tekanan

2.

Konsentrasi dan pH

3.

Tingkat kelembaban dan kadar air (Ginting, 2008) Jika dilihat dari beberapa faktor di atas, suhu memberikan pengaruh

yang

signifikan

terhadap

lamanya

proses

penyimpanan

sekaligus

mempertahankan kualitas produk hasil pertanian (Pantastico, 1975). Kerusakan yang terjadi pada buah yang telah dipanen, disebabkan karena organ panenan tersebut masih melakukan proses metabolisme dengan menggunakan cadangan makanan yang terdapat dalam buah. Berkurangnya cadangan makanan tersebut tidak dapat digantikan karena buah sudah terpisah dari pohonnya, sehingga mempercepat proses hilangnya nilai gizi buah dan mempercepat senesen. Sedangkan tingkat kerusakan buah dipengaruhi oleh difusi gas ke dalam dan ke luar buah yang terjadi melalui lentisel yang tersebar di permukaaan buah. Perlambatan proses tersebut tentunya secara teoritis dapat pula dilakukan sehingga dapat memperlambat laju perusakan ( Santoso, 2011).Dengan mengutamakan kondisi suhu yang stabil pada saat

4

penyimpanan merupakan suatu upaya yang dapat menekan laju perusakan dan penuaan pada tomat.Menurut Akarnine dan Kitagawa (1963) dalam Pantastico (1975), suhu tinggi merusak mutu simpan buah-buahan. Suhu tinggi hasil panen tidak dapat dihindarkan terutama apabila pemanenan di daerah tropika (Setiyo, 1996). Oleh karena itu suhu dalam penyimpanan tomat jangan sampai terlalu tinggi bila perlu diusahakan dalam kondisi dingin. Lama penyimpanan pada suhu dingin (refrigeration) tidak berpengaruh secara linear terhadap kadar air dan pH dari buah tomat ( Ginting, 2008). Terdapat anggapan bahwa penyimpanan dingin akan mempercepat kerusakan setelah buah-buah dikeluarkan dari tempat penyimpanan. Hal ini tidak benar kecuali tempat atau ruang simpan dingin kondisinya lewat batas (suhu terlalu rendah atau kelembaban terlalu tinggi) terutama bagi komoditi yang sangat peka terhadap suhu dingin (Santoso, 2011). Di udara terbuka proses pemasakan dan sekaligus penuaan berjalan cepat sehingga kerusakan segera berlangsung. Pada suhu dingin proses tersebut dihambat sehingga umur buah lebih panjang. Pada suhu diatas 15 oC aktivitas biologis buah meningkat dengan tajam, dengan demikian pematangan menjadi cepat dan umur simpan buah menurun (Setiyo, 1996). Pendinginan tomat selama penyimpanan mutlak diperlukan, sehingga umur simpan dapat diperpanjang. Perpindahan panas selama pendinginan menjadi problem yang harus dipecahkan terutama mencari data awal tentang konduktifitas serta difusivitas panas buah ini (Setiyo, 1996).

5

Nilai

difusivitaspanas

bahan

merupakan

salah

satusifat

panasyangdibutuhkan untukmenduga laju perubahan suhu bahansehingga dapat ditentukan waktu optimum yang dibutuhkan dalamproses pengolahan, pengeringan atau pendinginan (A. Kamaruddin dan Y. Sagara, 1992). Dengan mengetahuiwaktu

opitimum

tersebut,

selain

dapatdihindarkan

terjadinyakerusakanbahan juga dapat menghemat energi (L.P Manalu dan A. Kamaruddin, 1998). Untuk menentukan nilai difusivitas dari suatu benda dapat diketahui secara tidak langsung dengan berdasarkan nilai konduktifitas yang terukur dari tomat. Konduktivitas panas adalah sifattermal suatu benda untuk merambatkan panas dalam suatu unit waktumelalui luas penampang tertentu yang diakibatkan oleh adanya perbedaan suhu (L.P Manalu dan A. Kamaruddin, 1998). Untuk mengetahui nilai konduktifitas tomat dapat dilakukan secara langsung

dengan

melakukan

Conductivity Meter.

percobaan

menggunakan

alat

Termal

Jadi dapat disimpulkan bahwa suhu sangat

mempengaruhi nilai konduktivitas dan nilai difusivitaspada tomat. Dengan mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas dan konduktivitas panas pada tomat kita dapat menentukan suhu optimum untuk meningkatkan lamanya proses penyimpanan sekaligus mempertahankan kualitas tomat tersebut. Dari beberapa informasi yang didapat, belum ada penelitian yang membahas tentang pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas dan konduktivitas panas pada tomat (Solanum lycopersicum L). Maka dari itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh

6

suhu terhadap nilai difusivitas panasdan konduktivitas panas pada tomat (Solanum lycopersicum L)”.

b.

Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, suhu merupakan salah satu faktor

yangmemiliki peranan penting terhadap lamanya proses penyimpanan danmempertahankan

kualitas

tomat.

Maka

dapat

dirumuskan

suatu

permasalahan yaitu bagaimana pengaruh suhu terhadap nilai difusitivitas panas dan konduktivitas panas pada tomat.

c.

Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam penelitian ini hanya membahas tentang

pengaruh suhu terhadap nilai difusitivitas panas dan konduktivitas panaspada tomat.

d.

Tujuan Penelitian Tujuan dalam penelitian ini ialah sebagai berikut : 1.

Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas pada tomat.

2.

Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai konduktivitas panas pada tomat.

3.

Dapat menentukan suhu optimum dalam proses penyimpanan tomat untuk jangka waktu yang cukup lama.

7

4.

Mengetahui suhu yang lebih spesifik dalam penyimpanan tomat berdasarkan nilai difusivtas panas dan nilai konduktivitas panas pada tomat tersebut.

5.

Melihat hubungan antara nilai difusivitas panas dengan nilai konduktivitas panas pada tomat.

e.

Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi,

diantaranya: 1.

Dapat memberikan informasi kepada masyarakat khususnya petani tentang bagaimanacara memperpanjang waktu penyimpanan tomat berdasarkan suhu optimumnya.

2.

Juga dapat diaplikasikan langsung kepada para petani dan pedagang tomat tentang bagaimana cara menggunakan suhu yang spesifik dalam menyimpan tomat untuk dapat mempertahankan kualitasnya dengan waktu yang cukup lama.

3.

Mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas dan nilai konduktifitas panas pada tomat.

4.

Menjadikan hasil penelitian “Pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas dan nilai konduktivitas panas pada tomat“ ini sebagai pedoman ataupun acuan untuk penelitian selanjutnya.

5.

Bagi

penulis

merupakan

salah

satu

persyaratan

dalam

menyelesaikan studi Strata-1 (satu) Material Program Studi Fisika di FMIPA Universitas Negeri Padang. 8

D. Kajian Pustaka a.

Tomat 1.

Botani Tanaman a ) Taksonomi Tanaman Tomat (Solanum lycopersicum L) Klasifikasi dari tumbuhan tomat adalah : Kingdom

: Plantae (Tumbuhan)

Subkingdom

: Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh)

Super Divisi

: Spermatophyta (Menghasilkan biji)

Divisi

: Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga)

Kelas

: Magnoliopsida (Berkeping dua / dikotil)

Sub Kelas

: Asteridae

Ordo

: Solanales

Famili

: Solanaceae (suku terung-terungan)

Genus

: Solanum

Spesies

: Solanum lycopersicum L

Sinonim

: Terong kaluwat, Kemir, Leunca komir, Kamante (Plantamor.com)

9

Gambar 1. Tomat (Solanum lycopersicum L) (Mumtazanas.com)

b ) Morfologi Tanaman Tomat berasal dari Amerika tropis, ditanam sebagai tanaman buah di ladang, pekarangan, atau ditemukan liar pada ketinggian 1 1600 m dpl.Tanaman ini tidak tahan hujan, sinar matahari terik, serta menghendaki tanah yang gembur dan subur. Tomat merupakan tanaman herba semusim yang tumbuh tegak bersandar pada tanaman lain dengan tinggi berkisar antara 0,5- 2,5 m dan bercabang banyak, berambut, dan berbau kuat. Batang bulat, menebal pada buku-bukunya, berambut kasar warnanya hijau keputihan. Daun majemuk menyirip, letak berseling, bentuknya bundartelursampai memanjang, ujung runcing, pangkal membulat, helaian daun yang besar tepinya berlekuk, helaian yang lebih kecil tepinya bergerigi, panjang 10 - 40 cm, warnanya hijau muda (Sutini, 2008).

10

2.

Kandungan Kimia Buah tomat mengandung alkaloid solanin (0,007%), saponin, asam folat, asam malat, asam sitrat, bioflavonoid (termasuk rutin), protein, lemak, gula (glukosa, fruktosa), adenin, trigonelin, kholin, tomatin, mineral (Ca, Mg, P, K, Na, Fe, sulfur, chlorine), vitamin (B1, B2, B6, C, E, likopen, niasin), dan histamin. Rutin dapat memperkuat dinding pembuluh darah kapiler. Klorin dan sulfur adalah trace element yang berkhasiat detoksikan. Klorin alamiah menstimulir kerja hati untuk membuang racun tubuh dan sulfur melindungi hati dari terjadinya sirosis hati dan penyakit hati lainnya. Likopen adalah pigmen kuning beta karoten pada tomat. Tomat berkhasiat sebagai zat antibiotik. Daun mengandung pektin, arbutin, amigdalin, dan alkaloid (www.iptek.net.id).

b. Suhu Tomat merupakan tanaman hasil pertanian yang sangat mudah untuk didapatkan, hal tersebut dikarenakan selain mudah ditanam tanaman ini juga memiliki perawatan yang tidak begitu rumit selama proses penanaman. Namun buah tomat juga sangat sering di jumpai di pasaran dalam kondisi rusak. Hal tersebut dikarenakan kurangnya pemahaman dan kehati-hatian dalam penanganannya pada saat pascapanen buah yaitu pada proses penyimpanannya. Salah satu teknik pascapanen untuk mempertahankan mutu adalah penyimpanan pada suhu rendah (Roiyana dkk, 2011). Perlakuan pada suhu rendah dapat memperpanjang umur simpan buah. Suhu ini merupakan

11

suhu optimum agar buah tetap dalam kondisi baik walaupun lama disimpan (Darsana dkk, 2003). Lama penyimpanan pada suhu dingin (refrigeration) tidak berpengaruh secara linear terhadap kadar air dan pH dari buah tomat (Ginting, 2008). Di udara terbuka proses pemasakan dan sekaligus penuaan berjalan cepat sehingga kerusakan segera berlangsung. Pada suhu dingin proses tersebut dihambat sehingga umur buah lebih panjang. Pada suhu diatas 15 oC aktivitas biologis buah meningkat dengan tajam, dengan demikian pematangan menjadi cepat dan umur simpan buah menurun (Setiyo, 1996). Penyimpanan pada suhu rendah dapat memperpanjang masa simpan hasil tanaman, mempertahankan kondisi segarnya dan mencegah perubahan yang tidak dikehendaki (Roiyana dkk, 2011). Lamanya penyimpanan tiap hasil tanaman berbeda-beda (Rina dan Asiani, 1992). Pantastico (1975) menyatakan bahwa suhu tinggi dapat merusak mutu simpan buah-buahan. Suhu tinggi hasil panen tidak dapat dihindarkan terutama apabila pemanenan di daerah tropika (Setiyo, 1996). Oleh sebab itu suhu untuk penyimpanan tomat jangan sampai terlalu tinggi bila perlu diusahakan dalam kondisi dingin. Suhu tinggi sering kali menjadi masalah yang lebih kritis dari pada suhu rendah. Kerusakan akibat panas terjadi karena tidak tersedianya sejumlah air dalam tubuh untuk proses pendinginan, sehingga kerusakan akibat suhu tinggi berkaitan erat dengan kekurangan air. Akan tetapi juga harus diketahui bahwa penyimpanan pada suhu rendah juga memiliki efek yang negatif. Menurut Pantastico (1993), kerusakan buah

12

(chilling injury) terjadi jika suhu yang digunakan terlalu rendah. Chilling injuries umumnya terjadi pada produk tropis yang disimpan diatas suhu beku dan diantara 5-15oC tergantung sensivitas komoditi. Seperti halnya tomat sangat sensitif dan akan menunjukkan tanda-tanda kerusakan jika berada pada suhu dibawah 10-15oC. Munculnya tanda-tanda kerusakan seperti terjadinya klorosis, browning dan nekrosis karena suhu rendah ini tergantung pada spesies, umur, dan lamanya periode suhu rendah. Jadi, penyimpanan pada suhu rendah yang cukup lama juga sangat berpengaruh terhadap kualitas buah. Ashari (1995) menyatakan bahwa pada penyimpanan suhu rendah mengalami penurunan vitamin C yang lebih tinggi dibandingkan dengan penyimpanan pada suhu tinggi, hal ini disebabkan karena adanya peningkatan

enzim asam askorbat oksidase yang berperan dalam perombakan vitamin C akibat pembekuan pada suhu dingin. Kerusakan hasil panen yang disebabkan karena suhu beku terjadi karena di dalam jaringan terbentuk lapisan es. Kerusakan tersebut menyebabkan jaringan mudah dipengaruhi oleh udara sehingga memungkinkan vitamin C rusak. Biasanya kehilangan vitamin C terjadi bila jaringan rusak dan terkena udara (Roiyana dkk, 2011). Penyimpanan pada suhu rendah mengakibatnya respirasi menurun, dan masa simpan dapat diperpanjang (Roiyana dkk, 2011). Menurut Winarno (1996), vitamin C mudah terdegradasi, baik oleh temperatur, cahaya maupun udara sekitar sehingga kadar vitamin C berkurang. Proses kerusakan atau penurunan vitamin C ini disebut oksidasi.

13

Dengan adanya interaksi suhu dan lama penyimpanan berpengaruh pada luas permukaan dan vitamin C. Semakin tinggi suhu dan lama penyimpanan menyebabkan semakin luas perusakan permukaan (Roiyana dkk, 2011). Adapun hubungan antara kandungan vitamin C dengan pengaruh terhadap luas perusakan permukaan ataupun lamanya umur penyimpanan disebabkan oleh kinerja vitamin C yang juga sering disebut asam askorbat yang berfungsi sebagai zat antioksidan (zat pencegah penuaan). Berikut akan dijelaskan tentang pengaruh-pengaruh suhu terhadap nilai difusivitas panas, konduktivitas panas dan pada proses penyimpanan. 1.

Pengaruh Suhu terhadap Nilai Difusivitas Panas Berdasarkan dari hasil penelitian (T.S. Hutabarat, 2001) bahwa pengaruh

suhu berbanding lurus dengan nilai koefisien difusivitas dan kadar air, dimana semakin besar suhu yang digunakan pada suatu bahan maka semakin besar pula nilai koefisien difusivitas yang didapatkan. Menurut T.S. Hutabarat (2001) nilai koefisien difusivitas panas bahan juga sangat dipengaruhi dengan adanya ion-ion yang terkandung dalam bahan itu sendiri. Seperti halnya pada buah tomat yang didalamnya banyak mengandung anion dan juga kation seperti (Ca, Mg, P, K, Na, Fe, sulfur, chlorine) yang mana ini sangat berpengaruh terhadap nilai difusivitas panas dan juga nilai konduktivitas panas. 2.

Pengaruh Suhu terhadap Nilai Konduktivitas Panas Konduktivitas thermal bahan (k) adalah proses perpindahan panas secara

konduksi atau besarnya laju pindah panas persatuan waktu dalam suatu unit

14

operasi. Nilai ini spesifik untuk tiap jenis bahan. Nilai k akan berbeda untuk bahan yang berbeda disebabkan pada komponen yang terkandung di dalam bahan berbeda. Nilai k juga dipengaruhi oleh suhu, sehingga nilai k bahan pada berbagai suhu sangat penting diketahui (Jassin, 2010). 3.

Pengaruh Suhu terhadap Proses Penyimpanan Prinsip dasar penyimpanan pada suhu rendah : •

Menghambat pertumbuhan mikroba

•

Menghambat reaksi-reaksi enzimatis, kimiawi dan biokimiawi

Penyimpanan pada suhu rendah dapat menghambat kerusakan makanan, antara lain kerusakan fisiologis, kerusakan enzimatis maupun kerusakan mikrobiologis. Pada pengawetan dengan suhu rendah dibedakan antara pendinginan dan pembekuan. Pendinginan dan pembekuan merupakan salah satu cara pengawetan yang tertua. Pendinginan atau refrigerasi ialah penyimpanan dengan suhu rata-rata yang digunakan masih di atas titik beku bahan. Kisaran suhu yang digunakan biasanya antara – 1ºC sampai + 4ºC. Pada suhu tersebut, pertumbuhan bakteri dan

proses

biokimia

akan

terhambat.

Pendinginan

biasanya

akan

mengawetkan bahan pangan selama beberapa hari atau beberapa minggu, tergantung kepada jenis bahan pangannya. Pendinginan yang biasa dilakukan di rumah-rumah tangga adalah dalam lemari es yang mempunyai suhu –2ºC sampai + 16ºC. Pembekuan atau freezing ialah penyimpanan di bawah titik beku bahan, jadi bahan disimpan dalam keadaan beku. Pembekuan yang baik dapat

15

dilakukan pada suhu kira-kira –17 ºC atau lebih rendah lagi. Pada suhu ini pertumbuhan bakteri sama sekali berhenti. Pembekuan yang baik biasanya dilakukan pada suhu antara – 12 ºC sampai – 24 ºC. Dengan pembekuan, bahan akan tahan sampai bebarapa bulan, bahkan kadang-kadang beberapa tahun. Pada umumnya proses-proses metabolisme (transpirasi atau penguapan, respirasi atau pernafasan, dan pembentukan tunas) dari bahan nabati seperti sayur-sayuran dan buah-buahan atau dari bahan hewani akan berlangsung terus meskipun bahan-bahan tersebut telah dipanen ataupun hewan telah disembelih. Proses metabolisme ini terus berlangsung sampai bahan menjadi mati dan akhirnya membusuk. Suhu dimana proses metabolisme ini berlangsung dengan sempurna disebut sebagai suhu optimum. Penggunaan suhu rendah dalam pengawetan makanan tidak dapat mematikan bakteri, sehingga pada waktu bahan beku dikeluarkan dan dibiarkan hingga mencair kembali (“thawing”), maka pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroba dapat berlangsung dengan cepat. Penyimpanan dingin dapat menyebabkan kehilangan bau dan rasa beberapa bahan bila disimpan berdekatan. Misalnya : •

Mentega dan susu akan menyerap bau ikan dan bau buah-buahan

•

Telur akan menyerap bau bawang

Bila memungkinkan sebaiknya penyimpanan bahan yang mempunyai bau tajam terpisah dari bahan lainnya, tetapi hal ini tidak selalu ekonomis. Untuk

16

mengatasinya, bahan yang mempunyai bau tajam disimpan dalam kedaan terbungkus. Faktor-faktor yang mempengaruhi pendinginan yaitu : •

Suhu

•

Kualitas bahan mentah Sebaiknya bahan yang akan disimpan mempunyai kualitas yang baik

•

Perlakuan pendahuluan yang tepat Misalnya pembersihan/ pencucian atau blansing

•

Kelembaban Umumnya RH dalam pendinginan sekitar 80 – 95 %. Sayur-sayuran disimpan dalam pendinginan dengan RH 90 – 95 %

•

Aliran udara yang optimum Distribusi udara yang baik menghasilkan suhu yang merata di seluruh tempat pendinginan, sehingga dapat mencegah pengumpulan uap air setempat (lokal).

Keuntungan penyimpanan dingin : 

Dapat menahan kecepatan reaksi kimia dan enzimatis, juga pertumbuhan dan metabolisme mikroba yang diinginkan. Misalnya pada pematangan keju.



Mengurangi perubahan flavor jeruk selama proses ekstraksi dan penyaringan.



Mempermudah pengupasan dan pembuangan biji buah yang akan dikalengkan.

17



Mempermudah pemotongan daging dan pengirisan roti.



Menaikkan kelarutan CO2 yang digunakan untuk “soft drink”. Air

yang

digunakan

didinginkan

lebih

dahulu

sebelum

dikarbonatasi untuk menaikkan kelarutan CO2. Kerugian penyimpanan dingin : 

Terjadinya penurunan kandungan vitamin, antara lain vitamin C.



Berkurangnya kerenyahan dan kekerasan pada buah-buahan dan sayur-sayuran.

c.



Perubahan warna merah daging.



Oksidasi lemak.



Pelunakan jaringan ikan.



Hilangnya flavor.

Sifat Fisik Bahan Sifat fisik bahan seperti dimensi, densitas, panas laten, panas jenis dan

sifat termal (konduktivitas termal, difusivitas termal, dan emisivitas termal) serta panas spesifik sangat signifikan berpengaruh dalam problem pindah panas pada bahan hidup seperti produk pangan. Data sifat fisik bahan tersebut sangat diperlukan dalam operasi pada industri pengolahan pangan guna pengembangan model termal untuk mendapatkan hasil yang akurat secara numerik dan juga untuk memprediksi atau mengontrol fluks panas dalam bahan makanan selama proses pengolahan seperti pemanasan, pembekuan, sterilisasi, pengeringan atau pasteurisasi (Jassin, 2010).

18

Beberapa peneliti termasuk Hill, et al. (1967), Qashou, et al. (1972), Choi dan Okos (1983), Sweat (1975) dan Rahman (1993) telah menekankan perlunya mengetahui sifat termal produk pangan secara umum. Properti ini sangat tergantung pada karakteristik fisik makanan seperti suhu, ukuran, bentuk, keadaan (beku atau dicairkan), komposisi parameter (kadar air, kandungan lemak, protein, dan abu) serta dari bentuk susunan serat (Jassin, 2010). Berikut beberapa sifat fisik bahan : 1.

Panas Jenis Panas jenis adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan

suhu 1 kg bahan sebesar 1oC. Pengetahuan tentang panas jenis sangat diperlukan

untuk

perhitungan

proses-proses

pemanasan

atau

pendinginan. Panas jenis bahan-bahan pertanian sangat tergantung pada lengas bahan. Produk yang mempunyai lengas rendah, cenderung memiliki panas jenis yang rendah (Bambang, 2003). Panas jenis (Cp) bahan pangan adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur satu satuan kuantitas bahan pangan sebesar satu derajat dikali bobot produk dikali perubahan temperatur yang diinginkan (Jassin, 2010). Informasi tentang panas spesifik sangat penting, apabila wujud dari bahan pangan mengalami perubahan, maka nilai dari variable panas spesifik harus dimasukan dalam penghitungan beban panas (Jassin, 2010). Besaran ini dipakai untuk menduga jumlah energy (Q) yang diperlukan bila suhu bahan berubah satu satuan (∆T).

19

Pada suhu kamar, panas jenis suatu bahan yang mengandung air dapat dihitung berdasarkan nilai-nilai panas jenis dari bahan kering dan airnya :

c  c d (1  U 1 )  c wU 1 Dimana Cd panas spesifik bahan kering, Cw panas spesifik air, dan U1 adalah kadar lengas bahan dihitung dengan basis basah (Purwantana, 2003). Panas jenis suatu produk dapat diperkirakan dengan berbagai metode Dickerson (1969), melakukan pendugaan panas jenis pada produk berkadar air tinggi. Cp = 1.675 + 0.025 (kadar air, %) Penggunaan ini digunakan pada berbagai produk daging. Persamaan ini cukup konsisten dalam selang 26- 100% kadar air. Pendugaan ini juga digunakan pada sari buah yang berkadar air lebih besar dari 50%. Persamaan Siebel (1892) adalah: Cp = 0.837 + 0.034 (kadar air, %) Persamaan Siebel hanya terbatas pada produk pangan berkadar air tinggi. Persamaan lain yang lebih bergantung pada panas jenis komponen produk ditulis oleh Charm (1978), yaitu: Cp = 2.094 Xf + 1.256 Xs + 4.178 Xm

20

dimana nilai 2.094; 1.256 dan 4.187 adalah panas jenis lemak, bahan padat dan air pada produk. Konsep ini dikembangkan lebih jauh untuk memasukan panas jenis beberapa komponen dasar dari produk untuk menghasilkan persamaan: Cp = 1.424 Xc + 1.549 Xp + 1.675 Xf + 0.837 Xa + 4.187 Xm dimana nilai 1.675 digunakan untuk panas spesifik lemak padat, sedangkan nilai 2.094 adalah untuk lemak cair (Heldman, 1981). Panas jenis juga dapat ditentukan dengan metode campuran (method of mixtures)(Mohsenin, 1980).Metode ini banyak dipakai karena caranya sederhana yaitu dengan mernasukkan bahan yang sudah diketahui masanya (Ws) kedalam kalorimeter berisi air yang sudah diketahui berat (Ww) dankapasitas panasnya (Cw). Pengukuran dengan metode campuran

didasarkan

pada

hokum

keseimbangan

panas

dalam

calorimeter yang secara matematis ditulis sebagai berikut ( Mohsenin, 1980) : Cs . Ws ( Ta – Te ) = Cw. Ww ( Te– To) + Cc . Wc( Te–To) Panas jenis dan masa calorimeter dianggap konstan sehingga perk aliannya merupakan kapasitas panaskalorimeter. Persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut ( Mohsenin, 1980 ): (

) (

(

)

)

Kapasitas panas kalorimeter (Hc) dapat ditentukan dengan mencampurkan sejumlah air yang berbeda suhu awalnya dalam

21

kalorimeter hingga dicapai suhu keseimbangan. Persamaan untuk menentukan kapasitas panas Hc (Mohsenin, 1980) : (

) (

(

)

)

dimana:

2.

Hc

= kapasitas panas kalorimet( kJ/oC )

Wh

= massa air panas ( kg )

We

= massa air dingin ( kg )

Ta

= suhu awal airpanas ( oC )

Te

= suhu keseimbangan ( oC )

To

= suhu awal air dingin ( oC )

Cs

= panas jenis bahan ( kJ/kg oC )

Ws

= massa bahan ( kg )

Ce

= panas jenis calorimeter ( kJ/kg °C )

Konduktivitas Panas Persamaan

konduktivitas

termal

produk,

pada

umumnya

menganggap bahwa produk merupakan sistem dengan dua fase dan memasukan pengaruh konduktivitas termal air dan bahan padat pada produk. Persamaan tersebut telah digunakan secara meluas untuk menduga perubahan konduktivitas termal produk selama perubahan fase, misalnya selama pembekuan. Konduktivitas termal air berubah nyata sebagai hasil perubahan cair menjadi padat. Riedel (1949) telah mengajukan persamaan empiris untuk sari buah dan larutan gula, yaitu:

22

k = (326.575 + 1.0412 T – 0.00337 T2) (0.196 + 0.009346 (%air)) 10-3 dimana suhu (T) dalam ºC ( Heldman, 1981 ) Konduktivitas panas adalah sifat termal suatu benda untuk merambatkan panas dalam suatu unit waktu melalui luas penampang tertentu yang diakibatkan oleh adanya perbedaan suhu. Untuk bahan hayati, besarnya nilai konduktivitas panas (k) banyak dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti struktur sel/fisik, komposisi kimia bahan, dan kandungan air. Variasi nilai konduktivitas panas bahan hayati lebih besar dibandingkan bahan non hayati (Mohsenin, 1980). Dalam percobaan ini konduktivitas panas tomat diukur langsung dengan menggunakan alat conductivitymeter, sedangkan secara tidak langsung konduktivitas panasnya dihitung dengan persamaan Sweat (Heldman dan R.P Singh, 1981) sebagai berikut : k = 0,l48 + 0.00493 M dimana M adalah kadar air (% bb ) Laju atau kecepatan pemanasan dan pendinginan suatu bahan, sangat tergantung pada konduktivitas termal atau penghantaran panas. Konduktivitas termal tergantung pada kandungan lengas dan suhu, dan untuk bahan-bahan berongga (porous). Bahan-bahan berserat memiliki arah aliran panas, sejajar atau memotong serat (Purwantana, 2003). Selain dengan pengukuran, konduktivitas termal bahan juga dapat diprediksi dengan menggunakan model empiris. Hubungan teoritis dan empiris yang digunakan dalam merancang proses panas menggunakan

23

sifat-sifat thermal dari bahan yang digunakan harus diketahui, namun informasi sifat-sifat ini masih terbatas, dan yang tersedia diperoleh dengan berbagai teknik yang berbeda, serta nilai ini tidak selalu tersedia (Jassin, 2010). 3.

Difusivitas Panas Difusivitas panas merupakan salah satu sifat termal suatu bahan

padat yang erat kaitannya dengan kemampuan penetrasi atau disipasi termal dari suatu bahan tersebut (Abdullah, Kamarudin, 1993). Penentuan nilai difusivitas suatu bahan dapat dilakukan secara langsung dengan pengukuran atau secara tidak langsung dengan menggunakan rumus dalam hubungannya dengan beberapa parameter lainnya. Dalam hubungannya dengan sifat termal yang lain, difusivitas panas merupakan perbandingan dari konduktivitas panas dengan kalor jenis dan massa jenisnya, secara matematis ditulis sebagai : ............................pers.6 Keterangan : Αα

= difusivitas termal, m2/s

λp

= konduktivitas termal, m2/s

ρ

= massa jenis, kg/m3

Cp

= kalor jenis, J/kg K

24

E.

Metodologi Penelitian a.

Rancangan penelitian Penelitian ini termasuk jenis penelitian eksperimen, karena pada

penelitian ini mengkaji bagaimana pengaruh suhu terhadap nilai Konduktivitas panas dan Difusivitas panas pada tomat. b.

Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Padang selama 3 bulan yang dibagi menjadi beberapa tahap : 1.

Persiapan Pada tahap persiapan dilakukan kajian kepustakaan dengan

melakukan kajian terhadap teori - teori yang mendukung. 2.

Perencanaan Pada tahap perencanaan meliputi persiapanperalatan dan

bahansertasampelyang akan digunakan. 3.

Pelaksanaan Pada tahap ini penelitian dilakukan hingga mendapatkan data

mentah yang akan diolah 4.

Pengolahan data dan analisa data Untuk mendapatkan hasil dan analisa data pada pembuatan

laporan akhir, maka dilakukan pengolahan dan analisa data, sehingga diperoleh suatu kesimpulan. 5.

Laporan akhir

25

c.

Variabel Penelitian Variabel penelitian terdiri dari : 1.

Variabel Bebas Yang menjadi variabel bebas dalam penelitian ini adalah suhu yang divariasikan.

2.

Variabel Kontrol Yang menjadi variabel kontrol dalam penelitian ini adalah tomat ( Solanum lycopersicum L ).

3.

Variabel Terikat Yang menjadi variabel terikat dalam penelitian ini adalah nilai kalor jenis, konduktivitas panas, difusivitas panas dan kadar air pada tomat.

d.

Prosedur Penelitian 1.

Persiapan Penelitian Persiapan penelitian meliputi persiapan dari alat dan bahan yang

digunakan untuk penelitian yaitu : a.

Bahan Penelitian 1) Sampel Tomat ( Solanum lycopersicum L ) 2) Aquades 3) Es Batu

b.

Alat penelitian 1)

Kalorimeter air

2)

Thermal Conductivity Meter (Kemtherm QTM-D3)

26

e.

3)

Drying Open SS-204D

4)

Timbangan type EK-1200A

5)

Termometer

6)

Lemari pendingin

7)

Gelas ukur

8)

Jangka sorong

9)

dan peralatan pembantu lainnya.

Prosedur Percobaan 1.

Penentuan Kalor Jenis (c) Untuk menentukan kalor jenis tomat maka dilakukan langkah-

langkah sebagai berikut : a.

Kalorimeter diisi dengan air sebanyak 100 ml, kemudian suhunya diukur dengan mengunakan termometer, dimana suhunya disebut sebagai suhu awal (t0)

b.

Memanaskan air tomat sebanyak 15 gram dan air 100 ml, sampai suhunya mencapai 80˚C

c.

Memasukan air tomat kedalam kalorimeter kemudian diaduk sambil mengamati perubahan suhunya sampai tidak berubah. Saat suhu tidak berubah lagi suhu ini dicatat sebagai suhu kesetimbangan (ts)

d.

Setelah selesai melakukan pengukuran maka alat-alat yang digunakan dibilas dengan aquades dan dengan serbet atau tisu sampai kering

27

dibersihkan

2.

Penentuan Konduktivitas Termal Konduktivitas termal diukur dengan mengunakan Thermal Conductivity meter (Kemtherm QTM-03) Untuk menentukan konduktivitas termal tomat dilakukan

dengan langkah-langkah sebagai berikut : a.

Sampel yang akan diukur ditempatkan di dalam adaptor khusus untuk bubuk dan permukaan sampel harus rata

b.

Persiapan alat, yaitu probe dihubungkan pada alat ukur, kabel pada power supply 20 volt, kemudian nyalakan alat selama ±30 menit untuk memanaskan alat.

c.

Menyesuaikan harga konstanta K1, H1, K2, H2 dengan harga yang tertera pada tabel probe constants card

d.

Meletakkan probe diatas sampel

e.

Menyesuaikan

harga

arus

heater

yang

digunakan

berdasarkan konduktivitas sampel yang akan diukur f.

Menekan tombol reset, memilih mode pengukuran dan menekan tombol start.

g.

Setelah selesai melakukan pengukuran matikan power supply

3.

Penentuan Divusivitas Termal (α) Setelah didapatkan data hasil penelitian diatas, maka nilai

divusivitas termal (α) didapatkan dengan menggunakan rumus :

28

Keterangan :

f.

α

= divusivitas termal, m2/s

λp

= konduktivitas termal, W/m K

ρ

= massa jenis, kg/m3

cp

= kalor jenis, J/kg K

Teknik Analisa Data Teknik analisa data dilakukan dengan menggunakan tabel dan

memplot grafik hubungan antara variabel bebas yaitu variasi suhu pada sumbu X dengan variabel terikat yaitu nilai kalor jenis, konduktifitas panas, divusivitas panas, dan kadar air pada sumbu Y.

29