BAB 4 KARAKTERISTIK SPEKTRUM KELISTRIKAN BUAH … fileSetiap bahan memiliki sifat listrik yang khas dan besarnya sangat ditentukan oleh kondisi internal bahan tersebut seperti momen

BAB 4

KARAKTERISTIK SPEKTRUM KELISTRIKAN BUAH JERUK

KEPROK GARUT

Pendahuluan

Setiap bahan memiliki sifat listrik yang khas dan besarnya sangat ditentukan

oleh kondisi internal bahan tersebut seperti momen dipol listrik, komposisi bahan

kimia, kandungan air, keasaman dan sifat internal lainnya (Hermawan 2005). Sifat

listrik dari bahan yang diberikan arus listrik secara mikroskopik terkait dengan

mobilitas listrik atau penyeragaman arah dipol listriknya akibat gangguan listrik

eksternal (Kumar 2007). Kemampuan penyeragaman momen dipol merupakan

ciri khas dari molekul-molekul yang berkorelasi terhadap sifat-sifat dielektrik,

fisiko-kimia dan biologis (Harmen 2001). Karakteristik spektoskopi listrik pada

bahan bisa dianalisa dengan pendekatan rangkaian elektronik antara resistor dan

kapasitor secara paralel (Choi et al. 2001). Nilai dielektrikum dan kelistrikan

bahan ada yang bersifat nonlinier (Zhou dan Boggs 2001).

Pengukuran spektra impedansi listrik pada bahan-bahan biologi dikenal

dengan istilah bioimpedance spectroscopy. Bahan biologi termasuk buah-buahan

menunjukan suatu fenomenan kebergantungan sifat listrik terhadap frekuensi

sinyal. Kebergantungan frekuensi ini terkelompokan dalam beberapa daerah

jangkauan frekuensinya yang dikenal dengan frequency-dependent dispersion

regions (Schwan 1957 ). Daerah frekuensi tersebut adalah daerah α-dispersion

yang terjadi pada frekuensi rendah, daerah β-dispersion yang terjadi pada

frekuensi pertengahan, dan daerah γ-dispersion pada frekuensi tinggi (Schwan

1994). Ilustrasi impedansi sebagai fungsi frekuensi untuk bahan biologi secara

umum diperlihatkan pada Gambar 4.1.

Berdasarkan literatur, meskipun tiga daerah frekuensi ini selalu terkait

dengan fenomena biofisika partikel, namun dispersinya tidak hanya disebabkan

oleh fenomena relaksasi (Pethig 1979; Pethig dan Kell 1987). Pada daerah γ-

dispersion terjadi pada frekuensi tinggi (seperti di atas 100 MHz) secara mendasar

tergantung pada relaksasi dipol permanen dari molekul yang kecil seperti molekul

air. Daerah β-dispersion mencakup frekuensi pertengahan mulai dari orde kHz

sampai orde MHz yang rendah. Fenomena relaksasi pada daerah tersebut

tergantung jenis bahan dan fenomena efek Maxwell–Wagner. Fenomena ini

terjadi pada bahan-bahan biologi yang tidak homogen seperti suspensi sel dalam

larutan dan tergantung pada interface polarization (Hanai 1960).

Pada daerah dan -dispersion cukup jelas terbedakan, namun fenomena relaksasi

untuk molekul yang kecil memiliki karakter yang sama pada daerah γ-dispersion. Kasus-

kasus ini tetap dapat dibandingkan dengan daerah γ-dispersion, tapi relaksasi yang terjadi

bukan karena dipol permanen tetapi karena efek muatan listrik yang disebabkan oleh medan listrik. Penelitian teoritis pertama telah dilakukan oleh Pauly dan Schwan (Damez

et al. 2007) dan kemudian dilengkapi oleh Asami, Hanai, dan Koizumi (1980). Schwan menunjukkan bahwa hasil pengukuran yang sangat ketat memperlihatkan

adanya tumpang tindih parsial dari fenomena relaksasi di daerah -dispersion yang dapat

sebagian dikaitkan dengan efek Maxwell-Wagner dari struktur intraseluler. Hal ini

menyebabkan beberapa penulis untuk membagi daerah -dispersion menjadi dua daerah

sub-dispersi, 1 dan 2 (Asami dan Yonezawa 1996). Seperti dilansir Pliquett, Altmann,

50

dan Schoberlein (2003) bahwa daerah -dispersion adalah ukuran langsung dari perilaku

membran sel. Kesesuaian dari observasi pada kisaran 1-1500 kHz bisa menjelaskan studi

integritas membran sel selama penuaan daging yaitu membran myofiber bertindak

sebagai isolator dielektrik yang bersifat mengalami penurunan selama penuaan. Pada

daerah -dispersion, yang terjadi pada frekuensi rendah, menandakan relaksasi dipol non-permanen yang terbentuk selama aliran ion di permukaan sel atau molekul yang besar.

Fenomena ini dijelaskan oleh Pethig dan Kell (1987), dan model yang ideal untuk dan

-dispersion dikembangkan oleh Gheorghiu (1994).

Gambar 4.1 Diagram spektrum impedansi secara hipotesis pada bahan-bahan

biologi secara umum (Damez et al. 2007)

Sifat dielektrik bahan tergantung pada komposisi kimianya. Dalam

makanan, air umumnya komponen dominan. Selain itu, pengaruh air atau

kandungan garam dan mineral lainnya sebagian besar tergantung pada cara di

mana mereka terikat atau dibatasi dalam gerakan mereka dengan komponen

makanan lainnya (Sosa-morales et al. 2010). Hal ini mempersulit prediksi sifat

dielektrik dari campuran berdasarkan data untuk masing-masing bahan.

Komponen organik dari makanan bersifat dielectrically inert dan dapat dianggap

transparan untuk energi jika dibandingkan dengan cairan ionik atau air (Mudgett

1986). Secara umum, kadar air yang lebih tinggi pada makanan akan

menyebabkan tingginya konstanta dielektrik dan loss faktor (Komarov et al.

2005).

Komponen ionik memiliki efek yang signifikan dalam sifat dielektrik.

Peningkatan kadar garam pada kentang tumbuk mengakibatkan peningkatan untuk

loss faktor, sementara konstanta dielektrik tidak terpengaruh oleh kandungan

garam (Guan et al. 2004).

Struktur fisik juga mempengaruhi sifat dielektrik bahan (Ryynänen 1995).

Jumlah massa per satuan volume (densitas) memiliki efek tertentu pada interaksi

medan elektromagnetik dan massa yang terlibat (Nelson 1992). Misalnya,

kerapatan dan kadar air mempengaruhi sifat dielektrik dari biji-bijian kopi,

permitivitas rendah diamati pada kerapatan rendah, sedangkan nilai permitivitas

tinggi yang dicapai untuk densitas bulk yang lebih besar. Dengan pengecualian

dari beberapa bahan dengan loss faktor yang sangat rendah, sifat dielektrik dari

bahan adalah bervariasi dengan frekuensi medan listrik yang diberikan. Dengan

demikian, suatu fenomena penting yang berkontribusi terhadap ketergantungan

51

frekuensi terhadap sifat dielektrik adalah polarisasi molekul yang timbul dari

orientasi dengan medan listrik yang ditetapkan terutama yang memiliki momen

dipol permanen (Venkatesh dan Raghavan 2004).

Pada frekuensi rendah konduktivitas ionik memainkan peran utama,

sedangkan konduktivitas ionik dan rotasi dipol dari air bebas berperan penting

pada frekuensi gelombang mikro. Misalnya, konduksi ion adalah mekanisme yang

dominan untuk dispersi dielektrik dalam telur pada frekuensi yang lebih rendah

dari 200 MHz (Ragni et al. 2007), sedangkan konduksi ion berperan secara

dominan pada buah mangga untuk frekuensi sampai 300 MHz (Sosa-Morales et

al. 2009). Untuk cairan murni dengan molekul polar seperti alkohol atau air,

dispersi polar mendominasi karakteristik frekuensi - sifat dielektrik dan model

Debye dapat digunakan untuk menggambarkan perilaku ketergantungannya pada

frekuensi (Decareau 1985).

Secara teoritis, untuk jaringan yang relatif seragam, jalur arus bolak-balik

utamanya terletak pada jalur dinding sel karena impedansi membran yang sangat

besar jika frekuensinya rendah. Reaktansi kapasitif dari membran secara bertahap

menurun dengan meningkatnya frekuensi, penurunan reaktansi secara signifikan

mempengaruhi impedansi total dan menyebabkan penurunan nilai impedansi dari

jaringan ketika frekuensi naik di atas tingkat tertentu. (Wu et al. 2008; Bauchot et

al. 2000; Harker dan Dunlop 1994).

Euring et al. (2011) dan pliquett (2010) menjelaskan bahwa daerah β-

dispersion cukup menarik dalam pertimbangan struktur sel. Jika frekuensi di

bagian atas dari wilayah dispersion yang dipilih, arus mengalir melalui sel. Jika

frekuensi yang lebih rendah dipilih pada wilayah β-dispersion, arus ini hanya

dapat mengalir melalui ruang ekstraseluler. Membran sel berperilaku seperti

resistor listrik pada wilayah frekuensi ini (Angersbach et al. 1999). Oleh karena

itu, pengukuran pada frekuensi AC rendah cocok untuk deskripsi kerusakan di

jaringan biologis (Varlan dan Sansen 1996). Beberapa studi di mana sel-sel

tumbuhan dihancurkan dengan metode pengobatan yang berbeda menunjukkan

bahwa tingkat kerusakan dapat diukur dengan menggunakan spektroskopi

impedansi (Angersbach et al. 1999; Angersbach et al. 2002). Investigasi ini

menunjukkan bahwa pengukuran induktif dan konduktif memberikan pernyataan

yang serupa. Parameter listrik menunjukkan ketergantungan terhadap massa.

Pengukuran impedansi listrik telah banyak digunakan untuk menyelidiki

beberapa sifat dari produk pertanian seperti tomat (Varlan dan Sansen 1996),

nectarine (Harker dan Dunlop 1994), dan daging (Damez et al. 2005; Damez et al.

2007). Salah satunya menunjukan bahwa nilai Q menjadi indikator yang cukup

baik dalam penentuan kesegaran daging (Ghatass et al. 2008). Sistem yang

dirancang untuk melakukan suatu pengukuran impedansi menyediakan suatu

metode non-destruktif, murah, dan cepat seperti yang telah dilakukan Karaskova

et al. (2011) pada produk ikan asap.

Pada bab ini akan membahas dan menganalisis perilaku sifat listrik dari

buah Jeruk Keprok Garut dengan menggunakan sinyal-sinyal listrik bertegangan

rendah yang bersifat non-destruktif. Sifat listrik dari buah Jeruk Keprok Garut

juga ditinjau ketergantungannya pada berbagai frekuensi sinyal listrik yang

dipakai.

52

Bahan dan Metode

Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada bulan Januari 2011 sampai Desember 2012 di

Laboratorium Biofisika Departemen Fisika, FMIPA IPB. Buah diambil dari

perkebunan petani di Samarang dan Leuwigoong, Kabupaten Garut.

Sistem Pengukuran

Pengukuran dari semua parameter dilakukan ketika buah masih dalam kondisi

segar. Buah yang diukur dikelompokan ke dalam 7 tingkat kematangan yang

berdasarkan warna dan ukuran. Masing-masing kelompok diambil tiga buah

sampel. Sehingga secara total ada dua puluh satu sampel buah yang digunakan

untuk pengukuran spektroskopi impedansi. Berat buah jeruk diukur dengan

menggunakan timbangan elektronik (Sartorius ED 822, Goettingen, Jerman).

Berat buah ini dipakai untuk mengkonpensasi parameter pengukuran listrik seperti

yang dilakukan Zachariah dan Erickson (1965) pada penentuan kematangan buah

alpukat berdasarkan kelistrikan. Selain berat, volume dan diameter pula

digunakan.

Parameter listrik dari buah jeruk diukur dengan menggunakan LCR meter

(3532-50 LCR HiTESTER, Hioki, Tokyo, Jepang). Kajian sifat listriknya

berdasarkan pada hasil pengukuran kelistrikan untuk kondisi sinyal berupa arus

bolak-balik dan amplitudonya kecil. Frekuensi yang digunakan mulai dari 50 Hz

sampai 5 MHz. Setiap pengukuran parameter listrik digunakan teknik

penyimpanan data dengan intruksi average 4 times pada alat LCR, yang artinya

diulangi sebanyak 4 kali dan disimpan data rata-ratanya. Sistem sel pengukuran

terbangun atas bahan plastik akrilat yang dilengkapi dengan plat elektroda dari

tembaga. Buah ditempatkan di antara dua buah plat elektroda dan diperlakukan

sebagai bahan dielektrik. Parameter-parameter listrik ini adalah impedansi listrik,

resistansi, reaktansi, kapasitansi, dan induktansi. Jeruk berperan sebagai bahan

dielektrik dan ditempatkan di antara dua elektroda plat konduktif dari bahan

tembaga seperti pada Gambar 4.2 (Soltani et al. 2010) . Tegangan sinyal limit

sebesar 1 volt (rms) dengan sistem level arus (CC) 0,5 mA (Gambar 4.3). Skema

komunikasi sistem pengukuran diperlihatkan pula pada Gambar 4.4.

Pada sistem komunikasi antara LCR dengan komputer digunakan bantuan

sofware komunikasi hardware Program National Instrument Labview 7.1.

Program yang dipakai hasil modifikasi dari program demo dengan sistem

komunikasi program-respone message (Gambar 4.5). Data yang tersimpan berupa

text dengan tipe file LVM. Data tersebut diolah dengan program macro pada exel.

(a) (b)

Gambar 4.2 Skema sistem pengukuran sifat listrik buah jeruk berbasis capacitive

sensing (a) dan sampel buah jeruk yang diukur (b)

53

Gambar 4.3 Skema pengukuran dengan prinsip level arus tetap (Yamazaki 2001)

Gambar 4.4 Skema pengukuran dengan LCR meter dan sistem komunikasinya (Wu et

al. 2008) dengan komputer berbasis program lebview 7.1

Gambar 4.5 Sistem tranfer dan komunikasi data pengukuran antara LCR dengan

komputer (Hioki, Jepang)

Hasil dan Pembahasan

Spektrum Resistansi Listrik Buah Jeruk Keprok Garut

Pengukuran Resistansi listrik untuk tujuh kelompok tingkat kematang telah

dilakukan dan hasilnya diperlihatkan pada Gambar 4.6, 4.7, dan 4.8. Semua

parameter resistansi tersebut dibagi dengan parameter geometri yaitu volume,

jarak plat dan parameter massa buah jeruk. Hal ini dilakukan untuk

meminimalisasi faktor ketidakseragaman dari sampel buah yang diukur. Buah

matang memiliki ukuran relatif lebih besar daripada yang kurang matang. Hal ini

seperti yang dilakukan oleh Zachariah dan Erickson (1965) pada buah alpukat.

54

Dari ketiga gambar tersebut dapat terlihat bahwa untuk semua kelompok

buah memiliki fenomena yang sama jika ditinjau dari ketergantungannya pada

frekuensi. Peningkatan frekuensi akan menurunkan nilai resistansinya. Penurunan

resistansinya tidak terjadi secara linier terhadap frekuensi. Dengan demikian

semakin besar frekuensi maka penghantaran arus semakin besar.

Jika kasusnya pada bahan resistor murni, maka secara teoritik untuk bahan

isolator tersebut nilai resistansi tidak dipengaruhi oleh frekuensi seperti

diperlihatkan pada bab 2 untuk bahan resistor standar. Namun dengan melihat

adanya fenomena seperti ini maka harus ada alasan lain yang memungkinkan

fenomena itu terjadi. Kemungkinan hal in terjadi sebagai akibat dari dua alasan.

Pertama dimungkinkan bahwa resistivity dari bahan ini memang terpengaruhi

oleh frekuensi. Resistivity menandakan karakteristik intrinsik dari material,

sementara resistansi merupakan parameter makroskopik yang dipengaruhi oleh

nilai resitivity dan geometri (luas permukaan dan panjang) bahan (Hayt dan Buck

2006). Alasan lain yang dimungkinkan adalah akibat adanya skin effect (Vorst et

al. 2006). Fenomena skin effect dapat dijelaskan bahawa resistansi yang

disebabkan arus dekat permukaan dan besarnya dipengaruhi oleh frekuensi arus

AC.

(a)

(b)

Gambar 4.6 Spektrum resitansi per massa buah Jeruk Keprok Garut pada beberapa

tingkat pH: ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18,

dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz, (b) 0.1-5.0 MHz

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Res

ista

nsi

/mas

sa (

oh

m/g

ram

)

Frekuensi (MHz)

5.00E+00

2.50E+01

1.25E+02

6.25E+02

3.13E+03

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10Res

ista

nsi

/mas

sa (

oh

m/g

ram

)

Frekuensi (MHz)

55

Nilai resistansi buah jeruk pada frekuensi rendah sangat besar, yaitu dalam

orde 0.1 MOhm. Hal ini menunjukkan bahwa jeruk memiliki sifat resistif yang

besar pada frekuensi rendah, sehingga lebih insulator atau kurang menghantar

terutama pada frekuensi rendah tersebut. Nilai hambatan listrik dari jeruk

mengalami penurunan ketika frekuensi meningkat. Peningkatan frekuensi sinyal

eksternal akan meningkatkan kecepatan perubahan pergerakan muatan listrik

dalam bahan. Jika frekuensi diperbesar, tingkat perubahan arah dalam sirkuit

eksternal akan menjadi besar atau cepat. Ini adalah kondisi eksternal dari sinyal

listrik yang akan mempengaruhi kondisi internal Jeruk Keprok Garut, terutama

pada mobilitas muatan listrik. Konduksi ion adalah mekanisme yang dominan

untuk dispersi dielektrik seperti dalam telur pada frekuensi yang lebih rendah

(Ragni et al. 2007) dan mangga pada frekuensi sampai 300 MHz (Sosa-Morales et

al. 2009). Pada frekuensi yang lebih rendah, sebagian besar arus mengalir di

sekitar sel-sel tanpa bisa menembusnya, sementara pada frekuensi yang lebih

tinggi membran kehilangan sifat isolatornya dan arus mengalir melalui kedua

kompartemen ekstraseluler dan intraseluler (Damez et al. 2007 ).

(a)

(b)

Gambar 4.7 Spektrum nilai resitansi per volume buah Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96,

( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan

(b) 0.1-5.0 MHz

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Res

ista

nsi

/volu

me

(oh

m/m

l)

Frekuensi (MHz)

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Res

ista

nsi

/volu

me

(oh

m/m

l)

Frekuensi (MHz)

56

(a)

(b)

Gambar 4.8 Spektrum nilai resitansi per jarak pisah elektroda pada buah Jeruk

Keprok Garut pada beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, ()

3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi

50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

Jika ditinjau dari pandangan mikroskopik dari konduksi listrik yang

diajukan Drude pada tahun 1900 dan dikembangkan oleh Hendrik A. Lorentz

sekitar tahun 1909 yang sukses menjelaskan konduksi elektron pada bahan

konduktor maka fenomena konduksi ditentukan oleh sifat internal resistivitasnya

(Dressel dan Scheffler 2006). Lebih jauh lagi resistivity bahan dipengaruhi oleh

jarak rata-rata yang dilalui oleh elektron atau lintasan bebas rata-rata. Selain itu

dipengaruhi pula oleh laju rata-rata elektron. Walaupun menurut hukum Ohm

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Res

ista

nsi

/dia

met

er (

oh

m/c

m)

Frekuensi (MHz)

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Res

ista

nsi

/dia

met

er (

oh

m/c

m)

Frekuensi (MHz)

57

bahwa resistivitas tidak bergantung pada medan listrik ekternal dan ini berhasil

dalam bahan logam, namun kuantitas laju rata-rata elektron dan lintasan bebas

rata-rata elektron bisa saja bergantung pada medan listrik eksternal (Tipler 1991).

Namun jika dikaitkan dengan kondisi buah utuh, maka sekiranya buah

tersebut terbangun atas bagian-bagiannya. Bagian-bagiannya dimungkinkan

membentuk suatu lapisan kapasitif membran. Dengan adanya efek medan listrik

AC maka dimungkinkan efek perubahan resistansi ini tidak murni oleh efek

konduksi saja, namun gabungan kompleksitas komponen-komponen dari buah.

Dengan kompleksitas bahan dimungkinkan efek vibrasi molekul ataupun ionik

bisa terjadi jika medan listrik yang diberikan adalah medan listrik yang bergantian

arahnya. Sehingga efek tersebut menyebabkan adanya pengaruh frekuensi pada

nilai resistansi itu sendiri.

Spektrum Kapasitansi Listrik Buah Jeruk Keprok Garut

Selain resistansi yang dibahas pada bagian sebelumnya, fenomena

kapasitansi pada buah Jeruk Keprok Garut juga ditinjau pada bagian ini. Hasil

pengukuran kapasitansi per massa, per volume dan per jarak pisah diperlihatkan

pada Gambar 4.9, 4.10, dan 4.11. Secara keseluruhan hasilnya menunjukan bahwa

frekuensi cukup berpengaruh terhadap nilai kapasitansi buah jeruk. Dengan

meningkatnya frekuensi listrik yang diberikan menyebabkan kapasitansinya

menurun. Penurunan yang signifikan terlihat pada daerah frekuensi rendah. Nilai

kapasitansi memiliki kisaran 10-11

F pada frekuensi rendah (orde Hz-kHz) dan

menurun sampai pada kisaran 10-14

F untuk daerah frekuensi tinggi ( <5MHz).

Fenomena perubahan kapasitansi ini bisa dijelaskan dari efek dielektrik

bahan. Kapasitansi sebanding dengan konstanta dielektrik. Jeruk Garut bukanlah

bahan konduktor, bahkan lebih bersifat resistif. Bahan yang resistif bisa saja

memperlihatkan efek dielektrik maupun polaritasnya apalagi bahan itu

megandung banyak air. Buah jeruk memiliki kandungan air yang dominan, maka

efek polarisasi akan muncul ketika bahan ini dikenai medan listrik eksternal. Di

dalam bahan dielektrik terdapat dipol-dipol listrik, baik dipol permanen maupun

sementara (imbas). Pada frekuensi rendah yang mencakup daerah atau β-

dispersion polarisasi imbas yang lebih dominan, selain itu bahan yang tidak

homogen dimungkinkannya muncul fenomena relaksasi pada daerah tersebut.

Fenomena relaksasi itu tergantung jenis bahan dan efek Maxwell–Wagner yang

muncul pada bahan yang tidak homogen. Fenomena ini terjadi pada bahan-bahan

biologi yang tidak homogen dan tergantung pada interface polarization (Hanai

1960).

Hal yang menarik adalah bagaimana jika polarisasi ini bergantian arahnya

dikarenakan pemberian medan listrik luar yang bergantian arahnya. Maka

pengaruh frekuensi medan listrik eksternal ini akan signifikan pengaruhnya pada

kejadian polarisasi. Perubahan atau pergantian arah polarisasi sangat dipengaruhi

oleh bahan itu sendiri. Hal ini juga terlihat pada buah jeruk yang mengalami

penurunan kapasitansi selama terjadinya peningkatan frekuensi.

Sifat listrik dari produk material atau pertanian tergantung pada kondisi

mikroskopis atau internal, termasuk mobilitas ion atau elektron, polaritas listrik,

momen dipol listrik, kandungan kimia, dielektrik, kadar air, keasaman dan sifat

internal lainnya. Interaksi antara gelombang mikro dan bahan tergantung pada

58

sifat dielektrik mereka, yang menentukan tingkat pemanasan material ketika

dikenai medan listrik (Kumar 2007).

(a)

(b)

Gambar 4.9 Spektrum kapasitansi per massa buah Jeruk Keprok Garut pada beberapa

tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+)

4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

Beberapa faktor penting sangat mempengaruhi sifat dielektrik bahan.

Beberapa faktor ini berhubungan dengan sifat bahan seperti komposisi atau

struktur, sementara yang lain terkait dengan kondisi saat pemanasan listrik yang

terjadi seperti suhu maupun frekuensi, dan lain-lain yang terlibat dengan usia atau

tahap kematangan bahan makanan (Sosa-Morales et al. 2010). Majewska et al.

(2008) melaporkan bahwa perubahan sifat listrik dari biji-bijian gandum secara

4.00E-14

8.00E-14

1.60E-13

3.20E-13

6.40E-13

1.28E-12

2.56E-12

5.12E-12

1.02E-11

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Kap

asit

ansi

/mas

sa (

F/g

)

Frekuensi (MHz)

2.00E-14

4.00E-14

8.00E-14

1.60E-13

3.20E-13

6.40E-13

1.28E-12

2.56E-12

5.12E-12

1.02E-11

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00

Kap

asit

ansi

/mas

sa (

F/g

)

Frekuensi (MHz)

59

signifikan tergantung pada frekuensi yang diterapkan, kelembaban biji-bijian, fitur

geometris dan jenis gandum.

(a)

(b)

Gambar 4.10 Spektrum kapasitansi per volume Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Sifat dielektrik yang diekspresikan oleh konstanta dielektrik dan

kapasitansinya merupakan fungsi dari bilangan komplek. Dimana bagian real dan

imajiner muncul sebagai fungsi frekuensi sinyal dan los faktor (Jahja et al. 2006).

Namun besarnya konstanta dielektik dapat ditinjau dari besaran kapasitansi jika

unsur dimensi dan geometri bahan dibuat konstan. Namun kenyataan pada buah

jeruk, geometri tidak konstan sehingga besaran tersebut tidak bisa dilihat secara

langsung. Namun nilai variasi perubahan kapasitansi bisa menjadi alternatif dalam

penjelasan fenomena tersebut.

1.00E-15

1.00E-14

1.00E-13

1.00E-12

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Kapasi

tansi

/volu

me

(F/m

l)

Frekuensi (MHz)

1.00E-16

1.00E-15

1.00E-14

1.00E-13

1.00E-12

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00

Kap

asit

ansi

/volu

me

(F/m

l)

Frekuensi (MHz)

60

(a)

(b)

Gambar 4.11 Spektrum kapasitansi per jarak pisah antara plat elektroda pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Proses polarisasi yang terjadi dalam materi membutuhkan waktu yang

cukup. Dengan frekuensi tinggi menyebabkan singkatnya waktu dalam proses

polarisasi, sehingga polarisasi tidak terjadi secara sepenuhnya. Dengan demikian,

peningkatan frekuensi akan menyebabkan penurunan total polarisasi yang terjadi.

Hal ini menyebabkan polaritas rendah dari bahan tersebut. Hal ini menjadi suatu

tinjauan alasan dari fenomena kapasitif yang terjadi pada buah Jeruk Keprok

Garut. Sebenarnya untuk penjelasan yang tepat dari perilaku dielektrik dari Jeruk

Keprok Garut dan bahan biologis lainnya, maka kontribusi fenomena selain

relaksasi dipol juga perlu diperhitungkan, konduksi ionik pada frekuensi yang

lebih rendah, perilaku air terikat, dan pengaruh kandungan bahan.

1.00E-14

1.00E-13

1.00E-12

1.00E-11

1.00E-10

1.00E-09

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Kap

asit

ansi

/jar

ak (

F/c

m)

Frequency (MHz)

1.00E-14

1.00E-13

1.00E-12

1.00E-11

1.00E-10

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00

Kap

asit

ansi

/jar

ak (

F/c

m)

Frequency (MHz)

61

Spektrum Induktansi Listrik Buah Jeruk Keprok Garut

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran parameter induktansi yang secara

matematik bisa diturunkan dari nilai frekuensi sinyal. Jika suatu bahan dilalui

atau diberikan suatu medan listrik eksternal dan muncul suatu arus maka

fenomena kemagnetan tidak bisa lepas. Adanya arus akan menyebakan

munculnya medan magnet walaupun efeknya sangat kecil. Hal ini akan lebih

menarik jika medan listrik eksternal itu berupa medan listrik AC. Adanya

pergantian arah medan listrik akan berefek pada perubahan arah arus. Lebih jauh

lagi akan berefek pada munculnya perubahan fluks magnetik pada bahan yang

dilaluinya. Hal ini menjadi pertimbangan bahwa ketika aliran arus AC diberikan

akan menyebabkan perubahan fluks magnetik (Halliday dan Resnick 1978; Hayt

dan Buck 2006).

(a)

(b)

Gambar 4.12 Spektrum nilai induktansi per massa buah Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Berdasarkan hukum Faraday, induktansi dapat didefinisikan dalam hal ggl

yang dihasilkan untuk menentang perubahan yang diberikan dalam arus. Pada

kondisi frekuensi rendah, induktansi memiliki nilai yang cukup tinggi, sementara

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Ind

uk

tan

si/m

assa

(H

/g)

Frekuensi (MHz)

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Ind

uk

tan

si/m

assa

(H

/g)

Frekuensi (MHz)

62

pada frekuensi tinggi memiliki nilai yang relatif rendah. Hal ini konsisten dengan

sifat bahan yang ditunjukan untuk induktansi sebagai fungsi frekuensi. Buah Jeruk

Keprok Garut menunjukkan sifat resistif pada frekuensi rendah, sehingga

merupakan konduktor yang buruk. Dominasi perubahan arus berdasarkan waktu

atau frekuensi adalah penyebab utama munculnya induktansi ini. Analogi dengan

kapasitansi adalah tak terelakan. Ketika kapasitansi sebagai perbandingan muatan

dan beda tegangan, maka analoginya bahwa induktansi merupakan perbandingan

potensial gerak elektrik imbas atau ggl dengan perubahan arus terhadap waktu

(Halliday dan Resnick 1978).

Hasil pengukuran induktansi dengan menggunakan arus AC pada alat LCR

diperlihatkan pada Gambar 4.12, 4.13, dan 4.14. Profil induktansi semuanya

menunjukan penurunan ketika frekuensi ditingkatkan. Induktansinya mengalami

penurunan yang besar, yang mana pada frekuensi rendah memiliki kisaran dalam

orde 103, tetap ketika frekuensi tinggai sekitar 10

-7. Jelas terlihat dari fakta ini

bahwa perubahan frekuensi sangat mempengaruhi nilai perubahan induktansi.

(a)

(b)

Gambar 4.13 Spektrum induktansi per volume buah Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Ind

uk

tan

si/v

olu

me

(H/m

l)

Frekuensi (MHz)

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Indukta

nsi

/volu

me

(H/m

l)

Frekuensi (MHz)

63

(a)

(b)

Gambar 4.14 Spektrum induktansi per jarak plat elektroda pada buah Jeruk

Keprok Garut untuk beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, ()

3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi

50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

Spektrum Reaktansi Listrik Buah Jeruk Keprok Garut

Hasil pengukuran reaktansi listrik pada buah Jeruk Keprok Garut

diperlihatkan pada Gambar 4.15, 4.16, dan 4.17. Seperti halnya parameter listrik

lainnya parameter reaktansi ini juga dibagi dengan parameter geometri yaitu

volume, jarak plat dan massa buah jeruk. Hal ini dilakukan untuk meminimalisasi

faktor ketidakseragaman dari sampel buah yang diukur. Hasil pengukuran

memperlihatkan data bahwa peningkatan frekuensi menyebabkan adanya

penurunan reaktansi listrik buah jeruk. Pada frekuensi rendah berkisar sekitar

pada orde 106 sementara pada frekuensi tinggi sekitar 10. Perubahan nilai yang

tinggi ini jelas menandakan adanya pengaruh frekuensi terhadap sifat reaktansi

bahan ini.

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Indukta

nsi

/jar

ak p

lat (H

/cm

)

Frekuensi (MHz)

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Ind

uk

tan

si/j

arak

pla

t (H

/cm

)

Frekuensi (MHz)

64

(a)

(b)

Gambar 4.15 Spektrum reaktansi per massa buah Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Ketika pembahasan difokuskan pada sifat reaktansi, maka ada dua sifat

komponen listrik yang berkontribusi, yaitu kapasitansi dan induktansi. Dengan

meninjau kembali bahwa pada frekuensi rendah nilai kapasitansi berada pada

kisaran 10-11

dan nilai induktansi kisarannya dalam orde 103. Jika ditinjau masing

masing secara tersendiri maka pada frekuensi paling rendah (50Hz) reaktansi

kapasitif akan berkisar pada 109 dan reaktansi induktifnya berkisar pada 10

4.

Sementara pada frekuensi paling tinggi (~5MHz) reaktansi kapasitif akan berkisar

pada 106 dan reaktansi induktifnya berkisar pada 10

-1. Jika kedua duanya

berkontrivusi terhadap reaktansi maka efek kapasitif lebih memberikan pengaruh

yang signifikan daripada efek induktif. Hal ini juga cocok dengan beberapa

literatur yang memodelkan buah-buahan dalam rangkaian kapasitor dan resistor

saja tanpa menyertakan rangkaian induktor (Hayden et al. 1969; Zhang et al.

1990; Bauchot et al. 2000; Ozier-Lafontaine dan Bajazet 2005; Wu et al. 2008).

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Rea

kta

nsi

/mas

sa (

ohm

/gra

m)

Frekuensi (MHz)

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Rea

kta

nsi

/mas

sa (

ohm

/gra

m)

Frekuensi (MHz)

65

(a)

(b)

Gambar 4.16 Spektrum reaktansi per volume buah Jeruk Keprok Garut pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Dengan pandangan reaktansi kapasitif lebih besar daripada reaktansi

induktif ini juga diperkuat dengan hasil pengukuran sudut fasa pada Gambar 4.18

yang bernilai negatif pada bahan tersebut (Halliday dan Resnick 1978). Dengan

demikian, maka faktor yang dominan berpengaruh pada reaktansi adalah reaktansi

kapasitif. Pengaruh frekuensi terhadap kapasitansi telah dibahas sebelumnya

bahwa peningkatan frekuensi akan menurunkan nilai kapasitansi. Ketika tinjauan

kapasitif digabung dengan besarnya frekuensi maka dapat dilihat besarnya nilai

reaktansi kapasitif. Dari hasil pengukuran nilainya berkisar pada 106 untuk

frekuensi rendah dan 10 untuk frekuensi tinggi. Perbedaan dalam orde ratusan

dimungkinkan karena adanya faktor pembagi parameter massa atau volume yang

kisarannya puluhan sampai ratusan.

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Rea

kta

nsi

/volu

me

(ohm

/ml)

Frekuensi(MHz)

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Rea

kta

nsi

/volu

me

(ohm

/ml)

Frekuensi (MHz)

66

(a)

(b)

Gambar 4.17 Spektrum reaktansi per jarak plat elektroda pada beberapa tingkat

keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+)

4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0

MHz

Reaktansi listrik menurun dengan adanya peningkatan frekuensi ini

menunjukkan dispersi dielektrik dalam buah jeruk. Nilai-nilai tinggi dari reaktansi

pada frekuensi rendah (<0,1 MHz) dapat dikaitkan dengan mobilitas dipol karena

kondisi air bebas dan polarisasi elektroda. Perubahan frekuensi akan

mempengaruhi kondisi ion dalam materi. Ionic loss berbanding terbalik dengan

frekuensi dan menjadi penting ketika frekuensi lebih rendah. Disipasi energi

dipole pada frekuensi yang lebih tinggi kurang dominan dan ion loss menjadi

hampir tidak ada (Singh et al. 2010).

Pandangan lain dari reaktansi adalah suatu tahanan akibat adanya bahan

yang bersifat kapasitif jika diberikan arus AC. Dengan meningkatnya frekuensi

yang berkontribusi pada penurunan reaktansinya maka dapat dikatakan bahwa

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Rea

kta

nsi

/jar

ak p

lat

(ohm

/cm

)

Frekuensi (MHz)

5.00E+01

2.00E+02

8.00E+02

3.20E+03

1.28E+04

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Rea

kta

nsi

/jar

ak p

lat

(ohm

/cm

)

Frekuensi (MHz)

67

meningkatnya frekuensi terjadi penurunan mobilitas ion atau pergeseran dipol

yang terjadi pada jeruk.

(a)

(b)

Gambar 4.18 Hasil pengukuran sudut fasa sebagai fungsi frekuensi pada

beberapa tingkat keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( )

3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz

dan (b) 0.1-5.0 MHz

Spektrum Impedansi Listrik Buah Jeruk Keprok Garut

Setiap interaksi sistem elektroda-bahan dalam sel pengukuran memiliki

kapasitansi yang terpengaruhi oleh faktor geometris. Selain itu ada resistansi Bulk

yang terangkai secara paralel. Impedansi listrik (Z) didefinisikan oleh kuantitas

bilangan kompleks dalam komponen resistif (R) dan komponen kapasitif (C)

sebagai bentuk 22"Z'ZZ , dimana 1

)ω(Cω"Z

dan R'Z . Nilainya

hanya komponen real saja jika ketika = 0 dan 'ZZ .Hasil ini terjadi hanya

untuk bahan yang bersifat resistif murni. Dalam kasus ini impedansi benar-benar

tidak bergantung frekuensi atau dikenal freguency-independent. Ketika 'Z

ditemukan menjadi fungsi variabel frekuensi ( )ω(R)ω('Z ) yang holistik

menghubungkan bagian-bagian nyata dan imajiner dengan satu sama lain. "Z

tidak mungkin nol untuk semua frekuensi tetapi harus bervariasi dengan frekuensi

juga (Barsoukov et al. 2005).

Hasil pengukuran impedansi listrik buah jeruk diperlihatkan pada Gambar

4.19, 4.20, dan 4.21. Impedansi yang terukur ini merupakan harga mutlaknya atau

-90.0

-70.0

-50.0

-30.0

-10.00.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05S

udut

Fas

a (d

eraj

at)

Frekuensi (MHz)

-90.0

-70.0

-50.0

-30.0

-10.00.05 1.05 2.05 3.05 4.05 5.05

Sudut

Fas

a (d

eraj

at)

Frekuensi (MHz)

68

besarnya saja. Komponen real dan imajinernya bisa dilihat pada bagian bab

reaktansi dan resistansi. Nilai impedansi buah jeruk mengalami penurunan jika

frekuensinya ditingkatkan. Penurunannya tidak terjadi secara linier. Dengan

meninjau pada bagian sebelumnya bahwa reaktansi dan resistansi mengalami

penurunan jika frekuensi ditingkatkan. Maka jelaslah fenomena tersebut

mendukung fakta bahwa impedansi juga mengalami penurunan tatkala frekuensi

meningkat.

(a)

(b)

Gambar 4.19 Spektrum impedansi per massa pada beberapa tingkat keasaman:

pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( )

4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

Impedansi listrik bertindak sebagai hambatan bagi aliran muatan listrik atau arus

bolak-balik yang terjadi dalam jeruk. Besaran impedansi listrik pada sirkuit

dipengaruhi oleh resistansi, frekuensi dan reaktansi. Pada frekuensi rendah

reaktansi akan menjadi besar, sehingga impedansi akan menjadi besar juga.

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Imped

ance

/mas

sa (

ohm

/gra

m)

Frekuensi (MHz)

2.00E+00

8.00E+00

3.20E+01

1.28E+02

5.12E+02

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Imped

ance

/mas

sa (

ohm

/gra

m)

Frekuensi (MHz)

69

Ketika frekuensi meningkat, reaktansi akan menurun. Ini berkorelasi dengan

penurunan impedansi. Nilai impedansi adalah resistansi total ketika diberikan

suatu arus bolak-balik. Selain itu nilai impedansi berkorelasi dengan konduktansi

dan kapasitansi sebagai fungsi dari frekuensi juga. Reaktansi kapasitif adalah

impedansi imajiner dan nilainya berbanding terbalik dengan perkalian kapasitansi

dan frekuensinya, sedangkan konduktansi berbanding terbalik dengan resistansi.

Berdasarkan bab sebelumnya, ketika frekuensi meningkat maka resistansi dan

reaktansi mengalami penurunan. Hal ini akan berkorelasi dengan penurunan

impedansi. Kedua fenomena resistansi dan reaktansi akan memperkuat fenomena

impedansi. Secara keseluruhan, impedansi akan menurun jika frekuensi

meningkat (Barsoukov et al. 2005).

Fenomena penurunan impedansi sebagai

akibat adanya peningkatan frekuensi juga dilaporkan oleh Harker dan Maindonald

(1994) pada nactarine, Wu et al.(2008) pada terung, juga Vozary dan Benko

(2010) pada buah apel.

(a)

(b)

Gambar 4.20 Spektrum impedansi per volume pada beberapa tingkat keasaman:

pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18, dan ( )

4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Imped

ansi

/volu

me

(ohm

/ml)

Frekuensi (MHz)

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

0.10 0.60 1.10 1.60 2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60 5.10

Imp

edansi

/vo

lum

e (o

hm

/ml)

Frekuensi (MHz)

70

Jalur arus pada kasus frekuensi yang berbeda diilustrasikan pada Gambar

4.22. impedansi jaringan bahan biologi pada frekuensi rendah hampir tidak

dipengaruhi oleh membran sel (Cole et al. 1950; Otto 1950) . Membran sel

berperan sebagai kapasitor. Membran sel menjadi rangkaian terbuka pada

frekuensi sangat rendah, sehingga impedansi hanya diberikan oleh resistif murni.

Membran sel berperan dalam kondisi rangkaian tertutup jika frekuensi tinggi.

(a)

(b)

Gambar 4.21 Spektrum impedansi per jarak plat elektroda pada beberapa tingkat

keasaman: pH ( ) 2.86, () 3.15, ( ) 3.34, ( ) 3.96, ( ) 4.15, (+) 4.18,

dan ( ) 4.6; (a) frekuensi 50 Hz – 0.1MHz dan (b) 0.1-5.0 MHz

Selain itu, perubahan frekuensi akan mempengaruhi kondisi ion dalam

bahan. Ionic loss berbanding terbalik dengan frekuensi dan menjadi kritis ketika

frekuensi yang lebih rendah. Sementara disipasi energi dipol pada frekuensi yang

lebih tinggi kurang dominan dan ionic loss menjadi hampir tidak terjadi (Singh et

al. 2010). Pada daerah β-dispersion , jika bagian frekuensi yang tinggi dipilih

maka arus bisa mengalir dalam sel. Namun jika frekuensi yang rendah dipilih

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Imped

ansi

/jara

k p

lat

(ohm

/cm

)

Frekuensi (MHz)

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

0.10 1.10 2.10 3.10 4.10 5.10

Imp

edansi

/jara

k p

lat

(ohm

/cm

)

Frekuensi (MHz)

71

maka arus hanya dapat lewat pada daerah extracellular (Schwan 1994 ). Hal ini

cocok dengan ilustrasi jalur arus dari Grimnes dan Martinsen (2000) pada

Gambar 4.22.

Gambar 4.22 Pengaruh frekuensi rendah dan tinggi terhadap jalur arus dalam

jaringan (Grimnes dan Martinsen 2000). Garis putus-putus

merupakan jalur arus frekuensi tinggi, garis kontinyu merupakan

jalan arus pada frekuensi rendah.

Kesimpulan

Karakteristik sifat listrik terkait frekuensi telah dilakukan pada Jeruk Keprok

Garut dan menunjukan bahwa impedansi listrik, resistansi, reaktansi, kapasitansi,

induktansi per berat, per volume, dan per jarak elektroda menunjukan fenomena

yang mirip yaitu mengalami penurunan ketika frekuensi ditingkatkan. Buah Jeruk

Keprok Garut, secara umum, memiliki kemampuan penghantaran listrik yang

lemah terutama pada frekuensi rendah. Tetapi, ketika frekuensi ditingkatkan

kemampuan penghantarannya meningat. Perubahan resistansi jaringan dan

kapasitansi membran ketika frekuensi diubah menunjukkan adanya perubahan

mobilitas ion dalam sel dan perubahan pergeseran polaritasnya. Pada frekuensi

tinggi untuk daerah β-dispersion, arus listrik bisa mengalir atau menembus

melewati sel yang diperkuat dengan fakta hasil pengukuran yang menunjukan

nilai impedansi yang rendah, sementara pada frekuensi rendah tidak bisa melewati

sel tapi hanya melewati daerah ekstraselular dan ini ditandai dengan impedansi

yang tinggi.