Rabu, 21 Juli 2010

SIFAT OPTIK BAHAN

SIFAT OPTIK BAHAN PERTANIAN
Pendahuluan
Satu dari karakteristik penting buah-buahan adalah warnanya, baik eksternal maupun internal, yang dalam banyak hal dapat menentukan dengan jelas tingkat kematangan dan kualitasnya. Klasifikasi buah-buahan dan sayuran berdasarkan warna saat ini telah berkembang secara luas. Disamping warna, sifat optik lain seperti sifat penerusan (transmittance) dan sifat pemantulan (reflectance) cahaya juga penting untuk evaluasi kuantitatif berbagai sifat bahan. Dengan perubahan warna, kemampuan penerusan dan pemantulan dari produk juga berubah.
Seperti telah diketahui, variasi warna adalah bentuk variasi panjang gelombang radiasi elektromagnetik. Suatu bahan akan menyerap atau memantulkan sinar cahaya berbagai panjang gelombang secara berbeda-beda, tergantung warnanya. Dengan demikian pengukuran-pengukuran dapat dilakukan menggunakan cahaya tunggal (monochromatic) berbagai panjang gelombang (spectrophotometry).
Spektrum cahaya nyata (visible light) pada umumnya dibagi dalam delapan interval, berdasarkan karakteristik warnanya. Panjang gelombang berdasarkan interval ini ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1.
Panjang gelombang (mμ) Warna Panjang gelombang (mμ) Warna
380-450
450-480
480-510
510-550 Jingga
Biru langit
Biru
Hijau 550-575
575-585
585-620
620-760 Kuning-hijau
Kuning
Oranye
Merah

Berbagai warna tersusun atas tiga warna dasarnya, merah, kuning dan biru. Dengan demikian, untuk mengetahui karakteristik suatu warna cukup dengan mengetahui komposisi relatif dari warna-warna dasar tersebut:
Warna = x’X+y’Y+z’Z
dimana X, Y, Z adalah warna-warna dasar, x’, y’, z’ koordinat warna yang menyatakan proporsi warna dasar individual.
Sifat pemantulan (reflectance)
Salah satu dari syarat utama dalam penanganan sayuran dan buah-buahan adalah bahwa warna harus dipertahankan termasuk setelah suatu periode yang lama dalam penyimpanan, tanpa mengalami pencoklatan/pelayuan/pembusukan (browning). Terjadinya proses pencoklatan dapat ditentukan berdasarkan pemantulan produk sebagai fungsi panjang gelombang, karena pemantulan dari bahan yang mengalami pencoklatan menurun secara nyata pada dalam interval oranye (600-650 mμ). Gambar 30 memperlihatkan contoh nilai-nilai pemantulan untuk wortel yang diperlakukan dengan dua metode, setelah tiga tahun penyimpanan [14].
Dalam banyak hal disarankan untuk memilih dua nilai karakter pemantulan R1 dan R2 terhadap dua panjang gelombang terpilih untuk membuat suatu indeks yang mencirikan variasi pemantulan:

yang berubah secara lebih sensitif sebagai fungsi dari variabel yang dipelajari (penyimpanan atau periode pematangan, dll). Sebagai contoh, R1=720 mμ dan R2=678 mμ dipilih untuk mempelajari proses pematangan buah lemon, berdasarkan pertimbangan-pertimbangan berikut. Permukaan klorofil buah-buahan berwarna hijau menunjukkan penyerapan yang kuat terhadap panjang gelombang 678 mμ, sedemikian sehingga disini pemantulan relatif kecil. Dengan terjadinya proses pematangan tehadap buah, warna hijau berubah menjadi kuning, dalam mana tingkat klorofil dan daya serap cahayanya menurun dan daya pantulannya meningkat. Pemantulan pada 720 mμ tidak berubah secara nyata. Panjang gelombang R1 dan R2 dipilih sedemikian agar R2 memiliki perubahan yang nyata (major).


Gb.30. Sifat pemantulan wortel setelah perlakuan. (1) sterilisasi suhu tinggi; (2) sterilisasi normal
Gambar 31 menampilkan pemantulan buah peas dalam bentuk biji tunggal dan dalam bentuk kumpulan/tumpukan baik untuk buah yang mentah maupun yang matang[13]. Apabila indeks pemantulan I dihitung untuk kurva (1) dan (2) pada panjang gelombang seperti diatas, diperoleh nilai I yang meningkat dengan suatu faktor paling sedikit empat selama proses pematangan. Gambar yang sama juga menunjukkan bahwa pemantulan buah peas coklat adalah rendah. Perbedaan kapasitas pemantulan untuk berbagai bahan dapat juga digunakan untuk pemisahan bahan asing dari biji atau buah-buahan.

Sifat penerusan (transmittance)
Kekurangan utama dalam studi berdasarkan pengukuran pemantulan adalah bahwa cara ini tidak bisa menjelaskan sifat internal bahan, melainkan hanya informasi berdasarkan permukaan luar seperti kenampakan dan warna. Pengukuran penerusan cahaya sebagai fungsi panjang gelombang, memungkinkan penentuan warna dalam bahan dan perubahan-perubahan dan proses yang terjadi, seperti keberadaan air dalam buah apel, darah dalam telur, kerusakan dalam buah, dll.



Gb.31. Karakteristik pemantulan buah peas: (1) hijau; (2) kekuningan; (3) kuning kecoklatan; (1,2,3) tunggal; (1’,2’,3’) lapis tumpukan

Gambar 32 memperlihatkan kurva penerusan cahaya buah persik pada berbagai tingkat kematangan, sebagai fungsi panjang gelombang[16]. Daya penerusan berubah secara nyata terhadap panjang gelombang, sedemikian sehingga disarankan untuk menggunakan kurva logaritmanya. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa selama proses pematangan, puncak (peak) terjadi pada periode yang singkat dan bergeser dari 570 ke 650 mμ. Perubahan terbesar sangat jelas terjadi dalam zone penyerapan klorofil (680 mμ): semakin matang , kemampuan penerusan naik dengan tajam. Rasio nilai penerusan pada dua panjang gelombang yang dipilih dengan tepat dapat digunakan untuk mencirikan tahapan pematangan. Pada Gb. 33 logaritma rasio penerusan pada 700 dan 740 mμ digambarkan sebagai fungsi hari proses pematangan. Kematangan penuh dicapai antara hari ke 25 dan 28. Hasil ini menunjukkan bahwa tahapan pematangan dapat ditentukan dengan pengukuran kemampuan penerusan bahan: lebih dari itu, waktu pematangan dapat ditentukan berdasarkan kurva pematangan[16].

Gb.32. Kurva penerusan buah persik. (1) hijau; (2) menguning; (3) mendekati matang; (4) matang Gb.33. Perubahan nilai rasio pemantulan selama pematangan buah persik
Gambar 34 memperlihatkan nilai penerusan buah tomat dalam berbagai tingkat kematangan[14]. Semakin matang jumlah klorofil menurun, dan nilai penerusan meningkat dengan tajam pada interval 670-680 mμ. Penerusan pada 550 mμ berubah dalam arah kebalikannya.
Pencirian tahap pematangan padat dilakukan dengan berbagai kemungkinan. Perubahan warna dari kuning-kemerahan ke merah dapat dicirikan dengan baik dengan rasio penerusan pada 620 dan 670 mμ; yang bervariasi dengan factor 30:1 selama pematangan. Pematangan awal buah tomat hijau dapat dicirikan dengan rasio penerusan pada 520 dan 545 mμ, karena perubahan pertama pada kurva penerusan mulai kelihatan pada nilai sekitar 520 mμ. Pematangan sempurna dapat dicirikan dengan kombinasi kedua rasio, dalam bentuk

Gambar 35 menunjukkan karakteristiknya sebagai fungsi periode pematangan. Pada awal pengukuran buah tomat masih berwarna hijau. Pada hari-hari berikutnya mulai berubah warna, dan pada hari ke-empat warna luarnya menjadi merah[14].

Gb.34. Kurva penerusan buah tomat. (1) hijau; (2) memerah; (3) merah Gb.35. Pencirian proses pematangan buah tomat dengan rasio penerusan

Seperti telah didiskusan dimuka, puncak daya penerusan terjadi pada awal pematangan, pada interval 500-650 mμ, bergeser kekanan sebagai fungsi pematangan. Apabila panjang gelombang terhadap nilai puncak diplotkan sebagai fungsi periode pematangan (Gb.36), diperoleh suatu kurva yang mencirikan tahap awal dari proses pematangan. Akan tetapi, cara ini tidak dapat menjelaskan perkembangan atau perubahan warna internal, berlawanan dengan Gb.35, dimana interval kenaikan yang tajam dari kurva menunjukkan perkembangan penuh dari warna dalam buah pada hari ke-tujuh atau ke-delapan[14].
Berbagai contoh memperlihatkan bahwa kurva penerusan yang lengkap diperlukan hanya didalam tahap pengembangan metode pengukuran. Pada umumnya, pengukuran penerusan pada dua panjang gelombang sudah cukup untuk menentukan tahap pematangan. Pengukuran demikian dapat dilakukan dengan cara yang cukup sederhana dengan menggunakan alat seperti ditunjukkan pada Gb.37[14]. Buah yang dites disinari dari bawah melalui suatu filter (interference filter), dan sinar tunggal (monochromatic) yang melewati buah diukur dengan “photomultiplier”, yang diatur secara tegak-lurus (90o). Dua filter yang terpasang berdampingan dapat digeser secara bergantian.

Gb.36. Pergeseran puncak penerusan selama proses pematangan buah tomat Gb.37. Alat untuk pengukuran penerusan cahaya

Gambar 38 memperlihatkan gambar skema “difference meter” yang dapat digunakan untuk pengukuran secara cepat[43]. Satu piringan berisi dua filter diputar dengan suatu synchronous motor pada kecepatan 1800 rpm sedemikian sehingga buah yang dites tersinari dengan cahaya tunggal pada dua panjang gelombang secara bergantian. Cahaya yang diteruskan diukur dengan photomultiplier yang diletakkan diatas buah, yang dihubungkan dengan sinyal listrik AC ke suatu voltmeter yang memiliki dua panel. Voltmeter dikontrol dengan dua buah saklar cahaya (photoswitch) dan menunjukkan perbedaan intensitas antara kedua panjang gelombang.
Perubahan nilai penerusan tidak hanya dapat digunakan untuk karakterisasi proses pematangan, tetapi juga perubahan kenampakan tekstur didalam bahan. Untuk pengukuran tekstur tersebut, satu panjang gelombang yang digunakan diatur pada gelombang penyerapan cahaya dari bahan, yang menyebabkan terjadinya perubahan: misalnya, air yang berada dalam buah apel dapat dinyatakan dengan mengatur satu panjang gelombang pada gelombang penyerapan dari air (760 mμ). Darah mempunyai sifat penyerapan yang nyata pada interval 540 dan 575 mμ.

Gb.38. Alat untuk pengukuran rasio penerusan cahaya

1 komentar:

  1. Komentar ini telah dihapus oleh administrator blog.

    BalasHapus