Pengembangan Thermochromic Leuco Dye System Terenkapsulasi sebagai Indikator Cerdas pada Aplikasi Produk Rantai Pasok Dingin

Abstract

Produk perikanan seperti udang sangat sensitif terhadap fluktuasi suhu selama rantai pasok dingin. Kandungan protein dan air yang tinggi membuat udang mudah mengalami degradasi mikrobiologis dan biokimia. Ketidaksesuaian suhu selama distribusi sering tidak terdeteksi, namun berdampak signifikan terhadap penurunan mutu produk. Ketidaksesuaian suhu selama rantai distribusi sering kali tidak terdeteksi secara langsung, namun berdampak signifikan terhadap penurunan mutu produk sebelum sampai ke konsumen. Kondisi ini tidak hanya menurunkan kualitas sensori dan keamanan pangan, tetapi juga menyebabkan kerugian ekonomi yang besar bagi pelaku industri perikanan. Penelitian ini bertujuan mengembangkan thermochromic leuco dye system (TLDS) berbasis pewarna indikator pH yang diformulasikan melalui metode mikroenkapsulasi sebagai indikator cerdas untuk pemantauan kesegaran udang. Sistem TLDS dirancang untuk memberikan respons perubahan warna yang selaras dengan dinamika degradasi produk, sehingga dapat digunakan sebagai alat bantu visual dalam menilai kondisi mutu produk selama penyimpanan dan distribusi. Penelitian disusun secara sistematis dalam beberapa tahapan utama, meliputi karakterisasi sensitivitas pewarna indikator terhadap gas amonia, formulasi dan karakterisasi TLDS terenkapsulasi, serta aplikasi TLDS sebagai label cerdas pada kemasan udang yang didukung oleh pengembangan model matematis. Tahap awal penelitian difokuskan pada evaluasi sensitivitas berbagai pewarna indikator pH terhadap paparan gas amonia. Gas amonia dipilih sebagai penanda degradasi protein karena pembentukannya berkaitan erat dengan aktivitas mikroorganisme dan proses pembusukan pada produk perikanan. Pengujian dilakukan baik pada pewarna dalam bentuk larutan maupun dalam bentuk label warna, dengan parameter utama berupa perubahan warna (?E) dan perubahan pH selama waktu paparan tertentu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa larutan warna tunggal MR menunjukkan kenaikan pH tertinggi hingga 6,37 dengan nilai ?E stabil, sehingga cocok untuk label deteksi berbasis pH. Pada uji label warna, label warna MR stabil secara warna dan memiliki model prediksi terbaik dengan R2 0,88 dan MAPE 0,62%. Temuan ini memberikan dasar ilmiah yang kuat dalam pemilihan pewarna indikator yang paling sesuai untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai sistem indikator cerdas. Hasil karakterisasi sensitivitas tersebut, pewarna terpilih kemudian diformulasikan ke dalam TLDS melalui proses mikroenkapsulasi menggunakan metode polimerisasi emulsi. Mikroenkapsulasi bertujuan untuk melindungi komponen aktif TLDS dari pengaruh lingkungan, meningkatkan stabilitas sistem, serta memungkinkan penerapan TLDS dalam bentuk label kemasan. Pada tahap ini, dilakukan variasi rasio antara komponen inti (core dye) dan bahan dinding enkapsulasi (core wall) untuk memperoleh formulasi yang optimal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rasio core dye dan core wall berpengaruh signifikan terhadap efisiensi enkapsulasi, ukuran partikel, dan stabilitas sistem. Formulasi optimal menggunakan pewarna TLDS methyl red dengan rasio 1:2 menghasilkan material dengan karakteristik unggul meliputi efisiensi enkapsulasi yang tinggi (97,15±0,35%), ukuran partikel (~60 nm) dengan distribusi sangat homogeny (R2= 0,99504) yang sesuai untuk aplikasi label, serta stabilitas sistem yang baik dengan pH filtrat 4,94±0,09 yang mengindikasikan keberhasilan proses enkapsulasi tanpa menurunkan fungsi termokromik sistem. Tahap selanjutnya adalah aplikasi TLDS terenkapsulasi sebagai label cerdas pada kemasan udang. Pengujian dilakukan pada kondisi penyimpanan refrigerator dan suhu ruang untuk merepresentasikan kondisi distribusi aktual. Perubahan warna label diamati secara visual dan dianalisis secara kuantitatif menggunakan sistem warna CIELab, kemudian dikorelasikan dengan parameter mutu udang selama penyimpanan. Hasil aplikasi menunjukkan bahwa label TLDS mampu memberikan respons warna yang jelas, terukur, dan mudah diamati seiring dengan penurunan mutu produk. Karakeristik penurunan mutu udang pada penyimpanan refrigerator, persentase susut bobot meningkat secara bertahap mencapai 8,09-8,44% dalam 8 hari, sementara nilai pH meningkat menjadi 7,34-7,53 karena adanya akumulasi senyawa basa volatile dari proses perombakan protein. Konsentrasi amonia meningkat sampai 45-48 ppm yang mencerminkan aktivitas mikroba tetap aktif meskipun pada suhu rendah. Penyimpanan suhu ruang menunjukkan persentase susut bobot sampai 8,13-8,43% hanya dalam 12 jam. Nilai pH meningkat menjadi 7,71-7,83 dan konsentrasi ammonia meningkat hingga 100 ppm. Hal ini mengindikasikan pertumbuhan eksponensial bakteri dan produksi volatile basa. Parameter warna CIELab (L*, a*, b*, oHue, Chroma, dan ?E) menunjukkan korelasi Pearson yang sangat kuat dengan parameter mutu udang (r>0,90; p<0,05), mengkonfirmasi bahwa perubahan warna label TLDS merupakan representasi terpercaya terhadap tingkat kesegaran produk. Untuk memperkuat fungsi sistem sebagai alat pemantauan yang bersifat prediktif, penelitian ini juga mengembangkan 12 model matematis yang menggambarkan hubungan antara perubahan warna label, waktu penyimpanan, dan kondisi suhu. Model yang diperoleh mampu merepresentasikan laju perubahan warna secara kuantitatif dengan tingkat akurasi yang tinggi. Model matematis yang menghasilkan R2 tertinggi pada material PVA yang disimpan pada suhu ruang dengan parameter susut bobot dan waktu dimana nilai R2 0,9942; RMSE 0,2099; dan MAPE 5,36%. Penyimpanan pada suhu refrigerator pada material PVA dengan parameter ?E dan waktu dimana nilai R2 0,9415; RMSE 1,4092; dan MAPE 5,63%. Keberadaan model ini memungkinkan TLDS tidak hanya berfungsi sebagai indikator visual, tetapi juga sebagai alat bantu prediksi dalam pengambilan keputusan terkait manajemen rantai pasok dingin dan pengendalian mutu produk. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa TLDS terenkapsulasi dapat dikembangkan sebagai indikator cerdas yang sensitif, stabil, dan aplikatif untuk pemantauan mutu udang dalam sistem rantai pasok dingin. Integrasi antara karakterisasi pewarna, formulasi material, aplikasi label, dan pemodelan matematis menjadikan sistem yang dikembangkan memiliki potensi tinggi untuk diterapkan sebagai teknologi kemasan cerdas yang praktis, informatif, dan relevan dengan kebutuhan industri pangan modern.