III. METODOLOGI PENELITIAN - repository.ipb.ac.id · terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan software bawaan dari ... kemudian cawan serta sampel ditimbang dengan neraca
Post on 13-Mar-2019
223 Views
Preview:
Transcript
24
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dengan judul “Pendugaan Komposisi Kimia Modified Cassava
Flour (MOCAF) dengan Metode Near Infrared (NIR)” akan dilakukan di 3 (tiga)
tempat. Untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan metode NIR serta
penentuan kadar air dan pH MOCAF dengan metode konvensional dilaksanakan
di Lab. Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen
Teknik Pertanian, IPB Dramaga. Penentuan kadar amilosa MOCAF dengan
metode konvensional dilaksanakan di Balai Penelitian Pascapanen Pertanian,
Cimanggu, Bogor. Sedangkan tempat penelitian ketiga adalah Lab. Biokimia
Pangan, Departemen Ilmu Teknologi Pangan, IPB Dramaga, untuk penentuan
kadar abu MOCAF dengan metode konvensional. Waktu penelitian dilaksanakan
mulai bulan Maret 2010 sampai April 2010.
B. Bahan dan Alat Penelitian
1. Bahan Penelitian
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian pendugaan komposisi
kimia ini adalah tepung singkong termodifikasi atau sering disebut dengan
modified cassava flour (MOCAF) yang diperoleh dari distributor PT. Tiga Pilar
Sejahtera (TPS) Agro, Tebet, Jakarta Selatan, tetapi di produksi oleh Koperasi
Loh Jinawi, Trenggalek, Jawa Timur. Sampel MOCAF yang digunakan dalam
pendugaan komposisi kimia dengan metode NIR dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Sampel MOCAF yang akan digunakan dalam pendugaan komposisi kimia dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500.
25
Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk menganalisis komposisi
kimia sampel MOCAF seperti penentuan kadar air, kadar abu, kadar amilosa,
dan pH dengan analisis kimiawi (metode konvensional), antara lain: Amilosa
standar, Etanol 95%, NaOH 1 N, larutan Iod (larutan 0.2 g Iod dan 2 g KI
dalam 100 ml air), asam asetat 1 N, aquades, serta cairan buffer 4.0 dan 7.0.
2. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian “Pendugaan Komposisi
Kimia Modified Cassava Flour (MOCAF) dengan Metode Near Infrared
(NIR)”, adalah sebagai berikut:
a. Instrumen NIRFlex Tipe N-500 Merk BUCHI
Instrumen dasar NIRFlex Tipe N-500 merk BUCHI ini memiliki
data teknis / spesifikasi, antara lain: memiliki dimensi 350 mm x 450 mm x
250 mm, nilai spektrum sebesar 800-2500 nm (1000-2500 nm), 12’500-
4’000 cm-1 (jika tidak spesifik kecuali sel pengukuran), memiliki resolusi 8
cm-1, tipe interferometernya adalah polarisasi interferometer dari TeO2,
analog digital converter 24 bit, temperatur ambient 5-35 ºC (25 ± 5 ºC),
koneksi ethernet adalah 100 Mbit/s, besarnya nilai penambah tegangan
listrik 100-230 VAC ± 10%, 50/60 Hz, 350 W, sedangkan tipe leser yang
digunakan adalah 12 VDC HeNe, dengan panjang gelombang 632.992 nm
(Anonima, 2008). Perangkat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dapat dilihat
pada Gambar 7.
Gambar 7 Perangkat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI (Anonima, 2008).
26
Software bawaan NIRFlex Tipe N-500 merk BUCHI secara
otomatis medeteksi jenis perangkat tambahan yang digunakan saat aplikasi
yang berhubungan dimulai dengan software NIRWare Operator. Adanya
software tersebut maka hasil pendugaan komposisi kimia tersebut dapat
diukur dan diperoleh hasil dalam bentuk data digital berupa tabel dan kurva
reflektan (R) dan absorban (A).
Aplikasi NIRFlex N-500 dapat digunakan pada laboratorium,
lingkungan-lingkungan produksi dan juga proses produksi. Hasil analisis
dibagi menjadi 2 macam (Anonima, 2008), yaitu:
1. Analisis Kualitatif, antara lain:
a. Perbedaan dari bahan-bahan yang berbeda secara kimia (seperti tes
bahan baku dari bahan yang masuk).
b. Perbedaan dari bahan-bahan yang mirip secara kimia.
2. Analisis Kuantitaif, yaitu Penentuan sifat-sifat produk yang dinilai
dengan angka yang dihitung secara konsentrasi atau parameter fisik
(viskositas dan ukuran partikel).
NIRFlex Tipe N-500 memiliki berbagai macam sistem / bentuk
yaitu NIRFlex Solids dengan cawan petri dan XL add-on, NIRFlex Fiber
Optic Solids, dan NIRFlex Liquids (Anonima, 2008). Penelitian ini
menggunakan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI.
NIRFlex Fiber Optic Solids adalah instrumen NIR yang ideal untuk
mengukur sampel-sampel padatan secara cepat dan mudah. Sampel yang
biasa digunakan seperti tepung-tepungan (powders) dan pasta dengan
metode pemantulan acak (diffuse reflection mode) (Anonima, 2008). Sel
pendugaan untuk bahan-bahan padatan memungkinkan penggunaan
komponen tambahan yang berbeda untuk penampung-penampung sampel
secara spesifik.
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah MOCAF
yang merupakan bahan berbentuk tepung-tepungan. Untuk bahan tepung
tersebut maka digunakan alat penelitian yaitu NIRFlex Fiber Optic Solids.
Data teknis NIRFlex fiber optic solid, antara lain: nilai suhu pada ujung
probe adalah 0-80 ºC, penambah tegangan listrik 100-230 VAC ± 10%,
27
50/60 Hz, 20 W, detektor yang jangkauan yang diperpanajang InGaAs,
panjang standar dari fiber optic probe adalah 2 m (Anonima, 2008). Pada
Gambar 8 menunjukkan prinsip fungsional dari alat NIRFlex Fiber Optic
Solids N-500.
Gambar 8 Prinsip fungsional dari alat NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 yang digunakan dalam penelitian (Anonima, 2008).
Prinsip fungsional NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 merk BUCHI
adalah dimulai dengan memancarkan sinar infra merah dekat (NIR) ke lensa
optik 1 dan lensa optik 2. Setelah NIR melewati lensa optik 2 maka akan
dilanjutkan ke light barrier, fiber bundle, dan sensor magnet (magnet
sensors). Sensor magnet tersebut akan memancarkan sinar NIR ke sampel
penelitian (MOCAF) dengan tebal pancaran NIR sebesar 1 mm dari
permukaan sampel. Pengukuran atau penembakan NIR dibantu dengan
tombol start dengan LEDs berwarna hijau, apabila masih LEDs berwarna
merah maka tekan kembali tombol start. Sampel yang telah dipancarkan
NIR akan mengalami proses getaran (vibrasi).
28
Hasil vibrasi adalah berupa spektrum pantulan (reflectance) NIR
yang akan kembali ke sensor magnet, fiber bundle, light barrier, dan
menuju ke pemeriksaan koneksi elektrik (electrical connections probe).
Setelah melalui proses pemeriksaan koneksi elektrik maka akan menuju
lensa optik 3 dan terakhir ke detektor. Detektor berfungsi sebagai alat untuk
merekam atau mencatat nilai spektrum yang berupa vibrasi pada saat
pengukuran NIR terhadap sampel. Spektrum yang terukur dari detektor akan
diteruskan ke komputer untuk disimpan secara langsung.
Referensi internal digunakan untuk meminimalkan interaksi antara
referensi ekrternal dengan penggunaan. Referensi eksternal (external
reference) merupakan data referensi sebagai spektrum control. Spektrum
kontrol direkam tanpa sampel (untuk kasus tranmitan) atau dengan white
standar diposisi sampel (kasus pantulan). Referensi eksternal ini selalu
diperlukan sebelum penembakan atau pengukuran NIR terhadap sampel
penelitian (Anonima, 2008).
b. Komputer
Komputer (PC) digunakan untuk mengolah data-data dan mengukur
pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids
N-500 sehingga diperoleh data reflektan dan absorban baik dalam bentuk
tabel ataupun grafik. Software bawaan dari NIRFlex N-500 merk BUCHI
yang digunakan dalam penelitian ini adalah NIRWare Operator, NIRWare
Management Console, dan NIRCal 5.
c. Oven dan Tanur listrik
Oven listrik merek ISUZU yang digunakan dalam pengukuran kadar
air (KA) MOCAF dengan cara pengeringan (metode thermogravitimetri).
Kemudian tanur listrik digunakan dalam pengukuran kadar abu MOCAF
dengan cara pengabuan.
d. Peralatan Lainnya
Peralatan-peralatan lain yang digunakan selama penelitian, antara lain:
timbangan digital merek ae ADAM, cawan, cawan porselin, desikator, pH-
meter merek HORIBA D-21.
29
C. Metode Penelitian
Diagram alir pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 9. Metode
yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut:
1. Persiapan Sampel Penelitian
Sampel yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah MOCAF
yang telah dipersiapkan dengan baik mulai dari distributor PT. Tiga Pilar
Sejahtera (TPS) Agro, Tebet, Jakarta Selatan sebagai tempat diperolehnya
sampel, dalam hal ini sampel yang digunakan berasal dari Koperasi Loh Jinawi
Trenggalek, Jawa Timur. Persiapan sampel hingga didapatkan data NIR
maupun data referensi meliputi proses pengemasan sampel, sampel dikemas
dalam plastik transparan yang kedap udara untuk memudahkan penembakan
(pengukuran) dengan instrumen NIRFlex Fiber Optic Solids N-500.
2. Persiapan Instrumen NIR
Sebelum dilakukan pengukuran, instrumen NIRFlex Fiber Optic
Solids N-500 dinyalakan dan dibiarkan terlebih dahulu beberapa saat.
Kemudian sebelum dilakukan penembakan (pengukuran) ke sampel MOCAF,
terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan software bawaan dari
instrumen tersebut selama kurang lebih 2 - 3 menit. Software bawaan yang
digunakan untuk proses kalibrasi adalah NIRWare Operator (Anonimc, 2008).
3. Pengukuran Pantulan Spektrum NIR
Pendugaan sampel MOCAF dengan cara penembakan (pengukuran)
dengan instrumen NIRFlex Fiber Optic Solids N-500 dan software bawaan
yaitu NIRWare Operator, lama pengukuran setiap sampel adalah 8 – 9 detik.
Jumlah sampel yang akan diukur sebanyak 70 sampel, dimana setiap sampel
dilakukan 3 (tiga) pengulangan dengan tempat titik pengukuran yang berbeda.
Selanjutnya MOCAF akan disinari infra merah dekat (NIR) dengan
panjang gelombang 1000 - 2500 nm dan daerah yang disinari akan memberikan
hasil pantulan atau gambaran berupa spektrum. Hasil pantulan spektrum akan
ditangkap oleh lensa optik yang kemudian direkam oleh detektor. Informasi
yang diperoleh merupakan hasil interaksi gelombang elektronika dengan
komponen penyusun bahan komposisi kimia tersebut.
30
Hasil interaksi tersebut berbentuk pada pengukuran sampel. Spektrum
yang terukur dari detektor akan diteruskan ke komputer untuk disimpan secara
langsung. Data yang disimpan sudah dalam bentuk digital sehingga lebih
mudah untuk diolah lebih lanjut dengan software bawaan NIR.
Setelah dilakukan pengambilan pantulan spektrum NIR MOCAF,
maka dilakukan analisis kimiawi MOCAF dengan metode konvensional. Pada
Gambar 8 menunjukkan proses pengukuran komposisi kimia MOCAF dengan
NIRFlex Fiber Optic Solids N-500.
Spektrum dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Dimana: VContoh = Tegangan pantulan contoh / sampel (Volt)
VStandar = Tegangan pantulan standar putih (Volt)
Gambar 9 Proses pengukuran komposisi kimia MOCAF dengan NIRFlex Fiber Optic Solids N-500.
4. Pengukuran Absorban Spektrum NIR
Data absorban diperoleh dengan cara mentransformasikan nilai reflektan
ke dalam bentuk log (1/R). Nilai absorban dari NIRFlex Fiber Optic Solids N-
500 diperoleh dari hasil penyerapan (absorban) oleh objek dengan persamaan:
Dimana: Aλ = Nilai absorban
Sλ = Intensitas panjang gelombang pada sampel
Dλ = Intensitas panjang gelombang pada dark
Rλ = Intensitas panjang gelombang pada reference
31
Gambar 10 Diagram alir pelaksanaan penelitian pendugaan komposisi kimia MOCAF dengan metode NIR.
Modified Cassava Flour (MOCAF) sebanyak 70 sampel
● Proses Kalibrasi dan seleksi kalibrasi / validasi menggunakan software yaitu NIRCal 5
Analisis kimiawi kadar air, kadar abu, pH dan
kadar amilosa MOCAF di laboratorium dengan metode konvensional
● Pengukuran spektrum dibantu dengan software yaitu NIRWare Operator ● Data Pantulan (Reflektan, R) ● Data Absorban (Log (1/R))
Penentuan persamaan regresi kalibrasi
Penentuan validasi
R2, Koefesien keragaman (CV), dan Standar error
kalibrasi (SEC)
Koefesien keragaman (CV) dan Standar error
validasi (SEP)
Perancangan model kalibrasi dengan metode multivariatif, yaitu:
1. Principal Component Regression (PCR) 2. Partial Least Squares (PLS)
Pengukuran spektrum MOCAF dengan
NIRFlex Fiber Optic Solids N-500
Data perlakuan (treatment) untuk
spektrum reflektan dan absorban NIR
Metode kalibrasi dan Seleksi spektrum kalibrasi / validasi
1. Kalibrasi (2/3 total sampel) 2. Validasi (1/3 total sampel)
● Data analisis kimiawi MOCAF dimasukkan dalam software yaitu NIRWare Management Console
● Pemberian perlakuan menggunakan software yaitu NIRCal 5 Toolbox
32
5. Penentuan Komposisi Kimia MOCAF secara Destruktif
a. Penentuan kadar air (SNI 01-3751-2006)
Penentuan kadar air dalam bahan pangan dan pertanian dapat dilakukan
dengan berbagai metode, antara lain: metode pengeringan (thermogravitimetri),
metode destilasi (thermovolumetri), metode Khemis, dan lain-lain. Pada
penelitian ini, kadar air MOCAF akan ditentukan dengan metode
thermogravitimetri berdasarkan SNI 01-3751-2006.
Cawan aluminium kosong dan tutupnya dikeringkan dalam oven pada
suhu 130ºC selama 15 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit.
Cawan ditimbang menggunakan neraca analitik (A). Sampel sebanyak 2 gram
(W) yang sudah dihomogenkan dimasukkan ke dalam cawan tersebut,
kemudian cawan serta sampel ditimbang dengan neraca analitik, tutup cawan
diangkat, dan cawan beserta isi dan tutupnya ditempatkan di dalam oven pada
suhu 130ºC selama 1 jam.
Kemudian cawan berisi sampel didinginkan dalam desikator, kemudian
ditimbang (Y). Setelah itu, cawan berisi sampel dikeringkan kembali dalam
oven selama 15-30 menit, lalu ditimbang kembali. Pengeringan diulangi hingga
diperoleh bobot konstan (selisih bobot ≤ 0.005 gram). Penentuan kadar air
dilakukan sebanyak 2 (dua) kali, hasil penentuan tersebut kemudian dirata-
ratakan. Kadar air diukur dengan cara sebagai berikut:
% %
Dimana: W = Bobot sampel awal (g)
X = Bobot sampel dan cawan setelah dikeringkan (g)
A = Bobot cawan kosong (g)
b. Penentuan kadar abu (SNI 01-3751-2006)
Penentuan kadar abu pada penelitian ini menggunakan metode yang
berdasarkan SNI 01-3751-2006. Cawan porselen dibakar dalam tanur listrik
(550ºC) selama 15 menit, kemudian didinginkan dalam desikator dan
ditimbang (A). Sampel sebanyak 2-3 gram (W) ditimbang dalam cawan
tersebut yang telah diketahui bobotnya.
33
Kemudian cawan yang berisi sampel dibakar sampai didapatkan abu
berwarna abu-abu atau sampai bobotnya konstan. Pengabuan dilakukan pada
suhu 550ºC selama 6 jam. Cawan yang berisi sampel didinginkan dalam
desikator, kemudian ditimbang dengan neraca analitik (X). Untuk setiap
MOCAF dilakukan penentuan kadar abu sebanyak 2 (dua) kali. Hasil
penentuan kadar abu kemudian dirata-ratakan. Kadar abu diukur dengan cara
sebagai berikut:
% %
Dimana: W = Bobot sampel awal (g)
X = Bobot sampel dan cawan setelah dikeringkan (g)
A = Bobot cawan kosong (g)
c. Penentuan pH (Apriyantono et al., 1989)
1. Persiapan sampel
Timbang sampel MOCAF kurang lebih 1 gram, kemudian masukan
sampel tersebut kedalam plastik transparan yang berukuran sedang. Setelah
itu sampel ditambahkan aquades kurang lebih 20 ml. Guncang-guncangkan
sampel dan aquades yang telah ditaruh plastik sampai merata.
2. Pembacaan pH-meter
Sampel yang telah disiapkan diukur suhunya, kemudian pengatur
suhu pada pH-meter diatur sesuai dengan suhu sampel terukur. Setelah itu
pH-meter dinyalakan dan didiamkan sesaat sampai stabil (5 menit). Sebelum
dilakukan pengukuran pH pada sampel MOCAF, terlebih dahulu dilakukan
kalibrasi pada pH-meter dengan mencelupkan elektroda kedalam cairan
buffer 4.0 dan 7.0.
Elektroda tersebut dibilas dengan aquades, kemudian dikeringkan
ujung elektroda dengan kertas tissue. Tujuan pembilasan dan pengeringan
pada elektroda adalah untuk menghilangkan pengaruh dari cairan buffer 4.0
dan 7.0 pada saat penentuan pH sampel. Elektroda yang yang telah
dikeringkan tersebut, kemudian dicelupkan pada larutan sampel dan
pengukuran pada pH-meter sudah dimulai.
34
Setelah itu elektroda dibiarkan tercelup beberapa saat dalam larutan
sampel sampai diperoleh pembacaan angka yang stabil pada alat ukur pH
tersebut. Penentuan pH sampel dilakukan sebanyak 2 (dua) kali, hasil
penentuan tersebut kemudian dirata-ratakan.
d. Penentuan kadar amilosa (Apriyantono et al., 1989)
1. Pembuatan kurva standar
Amilosa kentang sebanyak 40 gram dilarutkan ke dalam 10 ml
NaOH alkoholik (campuran 1 ml etanol 95% dan 9 ml NaOH 1 N).
kemudian dipanaskan dalam air mendidih selama kurang lebih 10 menit
sampai semua bahan membentuk gel, lalu didinginkan. Setelah itu semua
campuran (larutan amilosa) dipindahkan ke dalam labu takar 100 ml dan
ditambah akuades hingga tanda tera. Kemudian larutan amilosa dipipet
masing-masing sebanyak 1, 2, 3, 4, dan 5 ml dan dimasukkan masing-
masing ke dalam labu takar 100 ml.
Kedalam masing-masing labu takar tersebut ditambahkan asam
asetat 1 N masing-masing 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, dan 1.0 ml, lalu masing-masing
ditambahkan 2 ml larutan iod. Kemudian masing-masing larutan dalam labu
takar ditambahkan akuades hingga tanda tera, dan dibiarkan selama 20
menit. Intensitas warna biru yang terbentuk kemudian diukur dengan
spektrofotometer pada panjang gelombang 625 nm. Lalu data yang diperoleh
digunakan untuk membuat kurva standar hubungan antara konsentrasi
amilosa dengan absorbansi.
2. Analisis sampel
Sejumlah 100 mg sampel dalam bentuk tepung dimasukkan ke dalam
tabung reaksi, kemudian ditambahkan 1 ml etanol 95% dan 9 ml NaOH 1 N.
setelah itu, dipanaskan dalam air mendidih selama kurang lebih 10 menit
sampai terbentuk gel. Lalu seluruh gel dipindahkan secara kuantitatif ke
dalam labu takar 100 ml, diguncangkan, dan pencucian berkali-kali
menggunakan aquades dan diencerkan menjadi 100 ml (hingga tanda tera).
Kemudian larutan tersebut dipipet sebanyak 5 ml dan dimasukkan ke
dalam labu takar 100 ml. Setelah itu, ditambahkan 1 ml asam asetat 1 N dan
35
2 ml larutan iod. Kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera,
diguncang-guncangkan dan didiamkan selama 20 menit. Intensitas warna
yang terbentuk diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang
625 nm. Selain itu, dibuat juga larutan blanko dengan cara mencampurkan
semua bahan kecuali sampel penelitian.
Untuk setiap sampel MOCAF dilakukan penentuan kadar amilosa
sebanyak 2 (dua) kali. Hasil penentuan kadar amilosa kemudian dirata-
ratakan. Kadar amilosa diukur dengan cara sebagai berikut:
%
%
Dimana: Aa = Konsentrasi amilosa dari kurva standar (mg/ml)
Fp = Faktor pengenceran
V = Volume awal (ml)
W = Bobot awal
6. Analisis Data Penelitian
Data-data yang diperoleh akan dianalisis dengan menggunakan
bantuan perangkat lunak (software) komputer, seperti: Microsoft Excel 2007
dan software bawaan dari alat NIRFlex N-500 merk BUCHI yaitu NIRWare
Management Console dan NIRCal 5. Diagram alir tahap kalibrasi dari NIRFlex
Fiber Optic Solids N-500 dengan software NIRCal 5 dapat dilihat pada
Lampiran 13.
Microsoft Excel 2007 digunakan untuk pembuatan kurva reflektan (R)
dan absorban (log(1/R)) NIR. Penggunaan NIRWare Management Console
untuk memasukan data hasil analisis kimiawi laboratorium (data referensi).
Sedangkan NIRCal 5 digunakan untuk membuat bentuk dan model kalibrasi
antara data reflektan dan absorban NIR terhadap hasil analisis kimiawi
laboratorium dengan metode kalibrasi multivariatif yaitu principal component
regression (PCR) dan partial least squares (PLS).
Keluaran hasil analisis data penelitian dari metode kalibrasi
multivariatif tersebut dengan menggunakan software NIRCal 5 adalah data
dugaan, grafik, dan persamaan regresi kalibrasi antara data reflektan atau
36
absorban NIR dengan nilai hasil analisis kimiawi laboratorium yang memiliki
koefisien korelasi (R) dan koefesien determinasi (R2) yang tinggi serta standar
deviasi dan bias yang rendah (Anonimc, 2008).
Analisis data penelitian meliputi data reflektan (R) maupun absorban
(log 1/R). Dari seluruh jumlah sampel (70 sampel MOCAF) yang diukur akan
dibagi 2 (dua) tahap yaitu tahap kalibrasi dan validasi. Jumlah sampel untuk
tahap kalibrasi harus lebih banyak dari tahap validasi, dimana jumlah sampel
tahap kalibrasi sebanyak ± 45 sampel (2/3 total sampel) sedangkan jumlah
sampel untuk validasi sebanyak ± 25 sampel (1/3 total sampel). Selain itu,
range data yang digunakan untuk tahap kalibrasi harus lebih besar daripada
tahap validasi.
1. Kalibrasi
a. Metode partial least squares (PLS)
Tahap kalibrasi ini dilakukan untuk menentukan hubungan antara
komposisi kimia MOCAF dengan data reflektan maupun absorban NIR.
Untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF dapat dilakukan dengan
metode kalibrasi multivariatif yaitu metode partial least squares (PLS).
Metode kalibrasi ini memiliki struktur sistematik linier dan non-linier
(Herve, 2003 dalam Saragih, 2007).
Metode PLS digunakan memperoleh pendugaan bagi Y sebagai
fungsi peubah-peubah Xn yang terpilih. Persamaan regresi kalibrasi antara
peubah Y dengan a dan b sebagai konstanta kuadrat terkecil parsial X
terpilih (Naes, 1985 dalam Rumahorbo, 2004), dinyatakan sebagai berikut:
…
Dimana: Y = Kadar air/abu/amilosa/pH MOCAF
a dan b = Konstanta kuadrat terkecil parsial
X = Fungsi peubah kuadrat terkecil parsial pada kisaran
panjang gelombang antara 1000 – 2500 nm
b. Metode principal component regression (PCR)
Principal component regression (PCR) merupakan metode kalibrasi
multivariatif untuk menganalisis statistika peubah ganda yang dapat
37
digunakan untuk keperluan mereduksi sejumlah peubah asal menjadi
beberapa peubah baru yang bersifat orthogonal dan tidak mengurangi serta
tetap mempertahankan total keragaman yang jumlahnya besar dari peubah
asalnya (Mattjik et al., 2006).
Hasil analisis berupa akar ciri, vektor ciri, proporsi dan proporsi
kumulatif total keragaman yang diterangkan oleh masing-masing komponen
serta skor komponen. Persamaan regresi kalibrasi dapat dibangun dengan
menggunakan metode principal component regression (Mattjik et al., 2006),
dinyatakan sebagai berikut:
… . .
Dimana: Y = Kadar air/abu/amilosa/pH MOCAF
a dan b = Konstanta komponen utama
P = Komponen utama pada kisaran panjang gelombang
antara 1000 – 2500 nm
2. Validasi
Setelah didapatkan model persamaan regresi kalibrasi, dilakukan
tahap validasi dengan menggunakan sisa data yang lain. Data sampel yang
berbeda tersebut dimasukkan ke dalam persamaan regresi kalibrasi, sehingga
diperoleh data komposisi kimia (kadar air, kadar abu, pH, dan kadar
amilosa) MOCAF dugaan NIR. Validasi bertujuan menguji ketepatan
pendugaan komposisi kimia dengan persamaan regresi kalibrasi yang telah
dibangun.
Parameter untuk menentukan kecocokan model kalibrasi adalah
koefesien determinasi (R2), standard error (SE), coefficient of variation
(CV). Koefesien determinasi atau R2 menunjukkan kemampuan model
menerangkan keragaman nilai peubah tak bebas. Semakin besar nilai R2
bearti model semakin mampu menerangkan perilaku peubah tak bebas.
Kisaran nilai R2 mulai dari 0% sampai 100% (Mattjik et al., 2006)
∑
∑ . ∑
38
Data komposisi kimia dugaan NIR akan di validasi dengan data
hasil pengujian secara kimiawi di laboratorium kimia dan dibuat hubungan
antara keduanya, setelah itu akan dihitung standard error. Standar error
merupakan selisih antara nilai hasil dugaan dan nilai sebenarnya. SE yang
semakin kecil menunjukkan model yang semakin baik. Nilai kecil yang yang
baik adalah nilai yang semakin mendekati nol sehingga dipastikan model
dapat memprediksi dengan baik kadar dugaan. Standar error diperoleh
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
∑
Dimana: SE = Standar error validasi
YNIR = Komposisi kimia dugaan NIR
Y = Komposisi kimia dengan uji kimia
n = Jumlah sampel Setelah dihitung standar error (SE), dihitung pula koefisien
keragaman (Coefficient of Variability/CV). Walpole (1995) menyatakan
bahwa dengan simpangan baku (standar deviasi) saja tidak dapat
mengatakan banyak mengenai keragaman satu kumpulan data.
Ukurun lain yang mungkin lebih layak adalah koefesien keragaman
(CV) Coefficient of variability menunjukkan besarnya error sebanding
dengan rata-rata hasil analisis kimiawi laboratorium (data referensi).
Koefisien keragaman (CV) dapat digunakan untuk membandingkan dua
keragaman kelompok data yang selang nilainya jauh berbeda satu sama lain
bahkan dapat digunakan untuk membandingkan keragaman dua atau lebih
kelompok data meskipun satuan pengukurannya tidak sama.
Menurut Mattjik et al. (2006) besaran ideal nilai CV sangat
tergantung pada bidang studi yang digeluti, misalnya untuk bidang pertanian
nilai CV yang dianggap wajar adalah 20 – 25 %, namun percobaan
dilakukan dilaboratorium nilai CV diharapkan jauh lebih kecil mengingat
sebagian kondisi lingkungan dalam keadaan terkontrol.
39
Fontaine et al. (2002) mendefinisikan CV sebagai relatif standar
deviasi (RSD) untuk membandingkan keragaman crude protein dengan
asam amino hasil kalibrasi NIRS. SE dan CV terkecil menunjukkan hasil
yang paling baik. Coefficient of variability dirumuskan dengan:
%
Dimana: CV = Koefesien keragaman
SE = Standar error validasi
Ỹ = Rataan komposisi kimia aktual sampel penelitian Standar deviasi adalah hasil perkalian dari standar error validasi
dengan RPD, rumus untuk mencari nilai standar deviasi (SD) adalah:
∑
Kemudian dihitung nilai bias dalam penelitian ini dapat dihitung
dengan menggunakan rumus dibawah ini:
∑
3. Data treatment
Data mentah yang didapatkan dari hasil pengukuran reflektan dan
absorban NIR perlu diolah lebih lanjut, karena selama proses pengambilan
data banyak faktor eksternal, guncangan (noise), serta galat (kekeliruan)
yang terjadi selama proses pengukuran infra merah dekat (NIR) dan analisis
kimiawi laboratorium (metode konvensional) yang mempengaruhi data
tersebut sehingga diperlukan pengolahan data mentah terlebih dahulu,
sebelum ditentukannya persamaan regresi kalibrasi yang baik.
Pada penelitian ini perlakuan data yang diberikan pada kurva
spektrum reflektan dan absorban adalah penghalusan rataan setiap 3 titik
(smooth average 3 points), derivatif kedua Savitzky-Golay setiap 9 titik
(second derivative Savitzky-Golay 9 points), dan kombinasi kedua
perlakuan data tersebut. Setiap perlakuan data mempunyai fungsi yang
berbeda-beda terhadap data spektrum.
40
Smoothing berfungsi untuk memilih penghalusan fungsi dengan
teliti tanpa menghilangkan informasi spektrum yang ada dan mengurangi
guncangan (noise) dan memperkecil galat (kekeliruan) yang terjadi selama
pengukuran NIR dan analisis kimiawi laboratorium. Derivatif kedua
Savitzky-Golay berfungsi untuk mereduksi efek basis dari adanya
pertambahan dari proses absorban (shoulder effect) serta menghilangkan
masalah basis kemiringan persamaan regresi (Tiaprasit dan
Sangpithukwong, 2010).
Kombinasi antara smoothing dan derivative kedua Savitzky-Golay
dapat diterapkan dan akan mendapatkan bentuk dan model persamaan
regresi kalibrasi yang optimum, layak, dan dapat dipercaya (Blanco dan
Villarroya, 2002 dalam Yogaswara, 2005). Perlakuan-perlakuan data
tersebut menggunakan bantuan software NIRCal 5 Toolbox. Contoh output
(keluaran) program NIRCal 5 untuk pendugaan komposisi kimia MOCAF
dapat dilihat pada Lampiran 12. Lampiran 14 menunjukkan tampilan
software NIRFlex N-500 merk BUCHI.
top related