Pengembangan Bahan Penjerap Etilen Berbahan Utama Cangkang Pala untuk Menunda Pematangan Buah

Abstract

Cangkang pala dikategorikan sebagai kayu keras yang mengandung karbon seperti selulosa dan lignin yang tinggi, sehingga sangat cocok digunakan sebagai bahan pembuatan arang aktif. Arang aktif dari cangkang pala dapat digunakan sebagai bahan tambahan penjerap etilen, O2, CO2 dan H2O untuk memperlambat pematangan buah. Pematangan buah merupakan proses penting yang menentukan mutu dan umur simpan produk buah segar setelah pemanenan. Selain penggunaan controled atmosfer storage, pelapisan kitosan, dan penggunaan KMnO4, penggunaan adsorben dari cangkang pala juga dapat dijadikan alternatif untuk pengendalian pematangan buah. Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan melakukan karakterisasi penjerap etilen berbahan utama cangkang pala Fakfak dan menentukan efektifitas bahan penyerap etilena dalam menunda pematangan buah klimaterik. Pembuatan adsorben etilen dari cangkang pala dilakukan dengan metode pirolisis pada suhu 700 0C selama 1 jam dilanjutkan dengan aktivasi kimia menggunakan larutan aktivator CaCl2 2%. Arang aktif yang dihasilkan kemudian dilakukan karakterisasi melalui uji Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk melihat permukaan arang aktif sebelum dan sesudah aktivasi dan dilanjutkan uji Brunauer Emmet Teller (BET) untuk melihat luas permukaan, volume pori dan diameter pori, serta dilakukan uji FTIR untuk melihat gugus fungsi yang terbentuk setelah diaktivasi. Untuk memastikan mutu, efektivitas daya serap, serta kesesuaian produk terhadap standar nasional dilakukan karakteristik sifat kimia-fisika, yang meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat mudah menguap, kadar karbon terikat dan daya serap iodin. Hasil karakterisasi (benchmark) dibandingkan dengan nilai arang aktif teknis sesuai SNI 06–3730-1995. Selanjutnya dilakukan uji daya serap terhadap gas etilen dengan menggunakan kromatografi gas. Tahap terakhir adalah pengaplikasian pada buah pisang dimana adsorben yang digunakan untuk menunda pematangan telah dikombinasikan dengan KMnO4 6%. Buah pisang dengan berat ± 1 kg dikemas menggunakan plastik LDPE kemudian diletakkan adsorben yang telah dibungkus dengan kertas tyvek sebanyak 3,5 g, 7,0 g, dan 10,0 g, serta kontrol dan disimpan pada suhu ruang (27 ± 2 0C) selama 15 hari. Perlakuan penyimpanan dilakukan untuk melihat pengaruh adsorben dalam memperpanjang masa simpan buah pisang selama 15 hari, dimana faktor yang diamati meliputi susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut dan warna. Pembuatan arang aktif cangkang pala melalui proses pirolisis untuk menghasilkan arang, diperoleh rendemen sekitar 30,92% hingga 32,01%, dilanjutkan dengan proses aktivasi. Hasil uji SEM pada arang aktif sebelum aktivasi menujukkan masih terdapat banyak pengotor pada permukaan arang sedangkan sesudah aktivasi menunjukkan permukaan arang lebih bersih. Hasil uji BET arang aktif sebelum dan sesudah aktivasi kimia menunjukkan perbedaan pada luas permukaan arang aktif yaitu dari 298,211 m2/g menjadi 335,198 m2/g, volume pori arang aktif dari 0,141 cm3/g menjadi 0,164 cm3/g, dan ukuran pori dari 2,176 nm menjadi 2,219 nm. Luas permukaan yang besar akan meningkatkan kemampuan adsorpsi dari arang aktif. Hasil Uji FTIR menunjukkan adanya gugus fungsi yang terbentuk yaitu gugus -OH, C=C, CO2, C-H dan C-O. Semakin banyak kandungan unsur C dalam arang aktif, semakin kuat arang tersebut menyerap fluida dan mampu mengikat zat-zat yang kontak dengan atom C tersebut. Hasil uji menggunakan GC dengan penginjeksian etilen sebesar 1000 ppm selama 8 jam, menghasilkan 90,15% etilen yang terserap. Hasil ini menunjukkan bahwa arang aktif yang dikombinasikan dengan KMnO4 2% efektif menurunkan konsentrasi etilen. Hasil aplikasi adsorben cangkang pala pada buah pisang dengan menggunakan kemasan plastik LDPE yang tertutup rapat (tanpa lubang) menunjukkan bahwa adsorben cangkang pala mampu menunda pematangan pada buah pisang selama 15 hari, meskipun antar perlakuan tidak berpengaruh nyata (p > 0,05) terhadap perubahan susut bobot, kekerasan, TPT dan warna.

Nutmeg shells are categorized as hardwood containing high levels of carbon such as cellulose and lignin, making them ideal for use as a material for producing activated charcoal. Activated charcoal from nutmeg shells can be used as an additive to absorb ethylene, O2, CO2, and H2O to slow down fruit ripening. Fruit ripening is an important process that determines the quality and shelf life of fresh fruit products after harvesting. In addition to the use of controlled atmosphere storage, chitosan coating, and KMnO4, the use of adsorbents from nutmeg shells can also be an alternative for controlling fruit ripening. This study was conducted to create and characterize ethylene absorbers made primarily from Fakfak nutmeg shells and to determine the effectiveness of ethylene absorbers in delaying the ripening of climacteric fruits. Ethylene adsorbents were produced from nutmeg shells using a pyrolysis method at a temperature of 700 °C for 1 hour, followed by chemical activation using a 2% CaCl2 activator solution. The resulting activated charcoal was then characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM) to observe the surface of the activated charcoal before and after activation, followed by Brunauer Emmet Teller (BET) testing to determine the surface area, pore volume, and pore diameter, as well as FTIR testing to observe the functional groups formed after activation. To ensure quality, adsorption effectiveness, and product compliance with national standards, chemical-physical properties were characterized, including moisture content, ash content, volatile matter content, fixed carbon content, and iodine adsorption capacity. The characterization results (benchmark) were compared with the technical activated charcoal values according to SNI 06–3730-1995. Next, the adsorption capacity was tested against ethylene gas using gas chromatography. The final stage was application to bananas, where the adsorbent used to delay ripening was combined with 6% KMnO4. Bananas weighing ± 1 kg were packaged using LDPE plastic and then placed with adsorbents wrapped in Tyvek paper weighing 3,5 g, 7,0 g, and 10,0 g, as well as a control, and stored at room temperature (27 ± 2 °C) for 15 days. The storage treatment was carried out to observe the effect of adsorbents in extending the shelf life of bananas for 15 days, where the factors observed included weight loss, hardness, total dissolved solids, and color. The process of producing activated charcoal from nutmeg shells through pyrolysis yields charcoal with a yield of approximately 30,92% to 32,01%. SEM test results on activated charcoal before activation show that there are still many impurities on the surface of the charcoal, while after activation, the surface of the charcoal is cleaner. The results of the BET test of activated charcoal before and after chemical activation show differences in the surface area of activated charcoal, namely from 298,211 m2/g to 335,198 m2/g, the pore volume of activated charcoal from 0,141 cm3/g to 0,164 cm3/g, and pore size from 2,176 nm to 2,219 nm. A large surface area will increase the adsorption capacity of activated charcoal. FTIR test results show the formation of functional groups, namely -OH, C=C, CO2, C-H, and C-O groups. The higher the carbon content in activated charcoal, the stronger its ability to absorb fluids and bind substances that come into contact with carbon atoms. Test results using GC with ethylene injection of 1000 ppm for 8 hours produced 90,15% ethylene absorption. These results indicate that activated charcoal combined with 2% KMnO4 effectively reduces ethylene concentration. The results of applying nutmeg shell adsorbent to bananas using tightly sealed LDPE plastic packaging (without holes) showed that nutmeg shell adsorbent was able to delay ripening in bananas for 15 days, although there was no significant effect (p > 0,05) between treatments on changes in weight loss, hardness, TTS, and color.