1

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

2

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 obat-

obatan. 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

3

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

4

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

5

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).

6

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 percobaan menggunakan alat Termal

Conductivity Meter. 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

7

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.

8

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.

9

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)

10

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).

11

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

12

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

13

(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.

14

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

15

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

16

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

17

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.

18

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.

Perubahan warna merah daging.

Oksidasi lemak.

Pelunakan jaringan ikan.

Hilangnya flavor.

c. 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).

19

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).

20

Pada suhu kamar, panas jenis suatu bahan yang mengandung air

dapat dihitung berdasarkan nilai-nilai panas jenis dari bahan kering dan

airnya :

11 )1( UcUcc wd

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

21

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

22

kalorimeter hingga dicapai suhu keseimbangan. Persamaan untuk

menentukan kapasitas panas Hc (Mohsenin, 1980) :

( ) ( )

( )

dimana:

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 )

2. 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:

23

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

24

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

25

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

26

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)

27

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.

e. 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 dibersihkan

dengan serbet atau tisu sampai kering

28

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 :

29

Keterangan : α = divusivitas termal, m2/s

λp = konduktivitas termal, W/m K

ρ = massa jenis, kg/m3

cp = kalor jenis, J/kg K

f. 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.