III. METODOLOGI PENELITIAN - repository.ipb.ac.id · terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan software bawaan dari ... kemudian cawan serta sampel ditimbang dengan neraca

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.