MODEL KINETIKA LAJU PENGUAPAN DAN DEGRADASI

KAROTENOID PADA PROSES EVAPORASI VAKUM PEMBUATAN

KONSENTRAT WORTEL (Daucus carota L.)

SKRIPSI

Oleh

VITA MAGDALENA

125100100111009

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi

Pertanian

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2016

LEMBAR PERSETUJUAN

Judul : Model Kinetika Laju Penguapan dan Degradasi

Karotenoid Pada Proses Evaporasi Vakum Pembuatan

Konsentrat Wortel (Daucus carota L.)

Nama : Vita Magdalena

NIM : 125100100111009

Jurusan : Teknologi Hasil Pertanian

Fakultas : Teknologi Pertanian

Disetujui,

Pembimbing I

Prof. Dr. Ir. Harijono, M.App.Sc. NIP 19530304 198002 1 001

Tanggal Persetujuan : ………………………….

LEMBAR PENGESAHAN

Judul : Model Kinetika Laju Penguapan dan Degradasi

Karotenoid Pada Proses Evaporasi Vakum Pembuatan

Konsentrat Wortel (Daucus carota L.)

Nama : Vita Magdalena

NIM : 125100100111009

Jurusan : Teknologi Hasil Pertanian

Fakultas : Teknologi Pertanian

Dosen Penguji I

Dr. Ir. Sudarminto S.Y., M.Sc. NIP 19631216 198803 1 002

Dosen Penguji II

Agustin Krisna Wardani, STP.,MSi.PhD. NIP 19690807 199702 2 001

Pembimbing I

Prof. Dr. Ir. Harijono, M.App.Sc. NIP 19530304 198002 1 001

Ketua Jurusan

Dr. Teti Estiasih, STP.,MP NIP 19701226 200212 2 001

Tanggal Lulus : …………………………………………...

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Batam pada tanggal 14 Januari 1994 dari ayah

bernama Sri Sampurno dan Ibu bernama Lie Hong Lan. Penulis menyelesaikan

pendidikan Sekolah Dasar di SD Alodia kemudian melanjutkan ke SMP

St.Yoseph dan menyelesaikan Sekolah Menengah Atas di SMA St.Yoseph.

Pada tahun 2016 penulis telah berhasil menyelesaikan pendidikannya di

Universitas Brawijaya Malang di Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas

Teknologi Pertanian.

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama Mahasiswa : Vita Magdalena

NIM : 125100100111009

Jurusan : Teknologi Hasil Pertanian

Fakultas : Teknologi Pertanian

Judul TA : Model Kinetika Laju Penguapan dan Degradasi

Karotenoid Pada Proses Evaporasi Vakum

Pembuatan Konsentrat Wortel (Daucus carota L.)

Menyatakan bahwa,

Tugas Akhir dengan judul di atas merupakan karya asli penulis tersebut. Apabila

di kemudian hari terbukti pernyataan ini tidak benar, saya bersedia dituntut

sesuai hukum yang berlaku.

Malang, 2016

Pembuat Pernyataan,

Vita Magdalena NIM. 125100100111009

i

Vita Magdalena. 125100100111009. Model Kinetika Laju Penguapan Dan Degradasi Karotenoid Pada Proses Evaporasi Vakum Pembuatan Konsentrat Wortel (Daucus Carota L.). Skripsi Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Harijono,M.App.Sc

RINGKASAN

Dalam memperpanjang umur simpan jus salah satu caranya adalah

dengan membuatnya menjadi konsentrat. Keuntungan dari pembuatan konsentrat ini adalah untuk menekan biaya produsen dalam proses transport dengan pengurangan massa dan volume produk. Pada proses pembuatan konsentrat jus wortel dilakukan proses evaporasi dan pada tahap inilah diduga degradasi karoten paling banyak terjadi karena karoten merupakan senyawa yang reaktif karena strukturnya yang tidak jenuh, dan hal ini membuat degradasi atau kerusakan komponen terjadi karena isomerisasi, terlebih pada temperatur yang tinggi dan juga teroksidasi karena adanya oksigen.

Pada konteks ini formulasi model kinetik dari laju penguapan dan degradasi karoten pada proses pembuatan konsentrat jus wortel dengan evaporasi vakum diperlukan untuk mendapatkan model matematis yang nantinya akan digunakan dalam menentukan prediksi lama waktu proses yang diperlukan untuk mendapatkan konsentrat wortel dengan kandungan karotenoid tertinggi dan waktu yang cepat. Tujuan lain dari penelitian ini juga untuk mengerti dampak dari perlakuan evaporasi vakum terhadap keberadaan karotenoid, perubahan warna konsentrat wortel , aktifitas antioksidan, kadar air, dan pH pada produk.

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rancangan percobaan deskriptif kuantitatif dengan 1 faktor, yaitu suhu evaporasi dengan 2 kali pengulangan. Suhu evaporasi terdiri dari 5 level yaitu 50ºC, 55 ºC, 60 ºC, 65 ºC, dan 70 ºC, dan setiap suhu mempunyai titik akhir waktu yang berbeda untuk mencapai titik akhir yaitu konsentrat wortel dengan 42±1ºBx, masing-masing dari suhu terendah yaitu 21, 18, 15, 13,dan 12 menit. Dimana pada proses percobaan pada masing-masing suhu, sampel akan diambil setiap selang waktu 3 menit. Selanjutnya pengolahan data mencakup penentuan persamaan regresi linier guna mendapatkan konstanta dan hubungannya dengan inversi temperatur.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa model kinetika dari laju penguapan mengikuti model orde 0 baik pada proses vakum dan tanpa vakum, pada degradasi karotenoid tiap suhu secara dominan mengikuti model orde 0. Formulasi model untuk laju evaporasi (Kx) (1) dan laju degradasi total karotenoid (Ky) (2), berturut-turut dinyatakan dengan persamaan berikut:

ln Kx=11,195-3148,9/T……………………(1) ln Ky=1,9404-1957,6/T……………………(2) Perbedaan suhu tidak menghasilkan perbedaan signifikan pada jumlah

total karotenoid konsentrat secara berat kering. Pada warna didapatkan orde 1 pada tingkat kecerahan (L*), orde 0 pada tingkat kemerahan (a*), dan orde 0 juga pada tingkat kekuningan (b*) dengan nilai Ea secara berurutan adalah 52,897 kJ/mol, 66,306 kJ/mol, dan 116,504 kJ/mol. Kemudian,Terdapat perbedaan aktivitas antioksidan pada jus segar dengan konsentrat wortel, dimana aktivitas antioksidan mengalami peningkatan baik pada proses vakum dan tanpa vakum. Sedangkan pada pH, terdapat penurunan pH pada proses vakum, namun pada proses tanpa vakum terjadi kenaikan pH. Kata Kunci: Model kinetik, laju evaporasi, degradasi karoten, wortel, konsentrat.

ii

Vita Magdalena. 125100100111009. Kinetic Model Of The Rate Of Evaporation And Degradation Of Carotenoids In Carrot Concentrate (Daucus carota L.) Manufacturing Process Using Vacuum Evaporation. Essay. Supervisor : Prof.Dr.Ir.Harijono,M.App.Sc

SUMMARY

In extend the shelf life of juice, one of the way is to make it into a

concentrate. The advantage of making this concentrate is to reduce the cost in the process of transport with the reduction in mass and volume of the product. In the process of making carrot juice concentrate, evaporation process was carried out and at this stage, allegedly degradation of carotenoids most occur in this step. The reason is because carotene is a compound that is reactive because of the structure that are not saturated, and this makes the degradation or component damage occurs because of the isomerization, especially at high temperatures and also oxidized due to the presence of oxygen.

In this context, kinetic model formulation of the rate of evaporation and degradation of carotenoids in the production of carrot concentrates with vacuum evaporation was required to obtain a mathematical model that will be used in determining the prediction of the processing time required to obtain carrot concentrates with high carotenoid content and a short time. Another objective of this study was also to understand the impact of heat treatment to the presence of carotenoids, carrot juice concentrate discoloration, antioxidant activity, moisture content, and pH.

This research was conducted using quantitative descriptive experimental design with one factor, which is the evaporation temperature with 2 repetitions. Evaporation temperature consists of 5 levels ie 50ºC, 55 ° C, 60 ° C, 65 ° C and 70 ° C, and each temperature has different time endpoint to reach the endpoint itself, which is carrot juice concentrate with 42 ± 1ºBx, respectively from the lowest temperature, the endpoint time are 21, 18, 15, 13 and 12 minutes. Where in the experiment at each temperature, sample will be taken every interval of 3 minutes. Furthermore, the data processing includes determining the linear regression equation in order to obtain a constant and its relationship with temperature inversions.

The results showed that the kinetic model of the evaporation rate follows the model of order 0 both in the process of vacuum and without vacuum, for the degradation of carotenoid at each temperature is predominantly follow the model of order 0. Formulation model for evaporation rate (Kx) (1) and the degradation rate of total carotenoids (Ky) (2), respectively expressed by these equation:

ln Kx=11,195-3148,9/T……………………(1) ln Ky=1,9404-1957,6/T……………………(2) Temperature difference does not produce a significant difference in the

total amount of the carotenoid concentration in dry weight. For the color, it’s follow model order 1 on the level of brightness (L *), order 0 on the level of redness (a *), and also order 0 of yellowness (b *) with the value of Ea sequentially is 52.897 kJ / mol, 66.306 kJ / mol and 116.504 kJ / mol. There are differences in antioxidant activity in fresh juice with carrot juice concentrate, wherein the antioxidant activity increased both in the process of vacuum and without vacuum. While in pH, there is a decrease in pH in the process with vacuum, but in a process without vacuum there is an increase in pH.

Keywords: kinetic model, the rate of evaporation, degradation of carotene, carrots, concentrates.

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji penulis sampaikan pada Tuhan yang Maha Pengasih atas

segala berkat, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan

baik.

Penulisan skripsi ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknologi pertanian. Judul yang penulis ajukan

adalah “ Model Kinetika Laju Penguapan dan Degradasi Karotenoid Pada Proses

Evaporasi Vakum Pembuatan Konsentrat Wortel (Daucus carota L.)”.

Dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan,

bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis

ingin menyampaikan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Prof.Dr.Ir. Harijono, M.App.Sc selaku dosen pembimbing saya

yang telah sabar membimbing dan memberikan masukan.

2. Bapak Dr. Ir. Sudarminto S.Y., M.Sc. dan ibu Agustin Krisna Wardani,

STP.,MSi.PhD selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan.

3. Ibu Dr. Teti Estiasih, STP.,MP selaku ketua jurusan

4. Mama dan Papa serta keluarga tercinta yang selalu memberikan

semangat dan doa.

5. Teman-teman seperjuangan THP 2012

6. Semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penyusunan

skripsi.

Semoga Tuhan YME memberikan balasan yang berlipat ganda kepada

semuanya. Penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak.

Penulis juga memohon maaf apabila ada kesalahan dalam penelitian ini. Penulis

menerima kritik dan saran yang membangun untuk penelitian di masa

mendatang.

Malang, 2016

Penulis

iv

DAFTAR ISI

RINGKASAN ................................................................................................................ i SUMMARY ................................................................................................................... ii KATA PENGANTAR ................................................................................................... iii DAFTAR ISI ................................................................................................................ iv DAFTAR TABEL ......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................ viii BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 2 1.4 Hipotesis ......................................................................................................... 3 1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 4 2.1 Wortel ............................................................................................................. 4 2.2 Konsentrat Wortel ........................................................................................... 6 2.3 Kinetika Laju Penguapan Pada Evaporasi Konsentrat Wortel ......................... 7 2.4 Karotenoid ...................................................................................................... 9 2.4.1 β- Karoten .................................................................................................. 11 2.4.2 α-Karoten ................................................................................................... 16 2.5 Stabilitas Karotenoid ..................................................................................... 17 2.6 Kinetika Degradasi Karoten Selama Proses Evaporasi ................................ 19 2.7 Kinetika Reaksi ............................................................................................. 20 2.7.1 Orde reaksi ................................................................................................. 21 2.8 Hubungan Absorbansi Dengan Konsentrasi Pigmen .................................... 23 2.9 FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) .......................................... 25 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................ 29 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................................... 29 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................................ 29 3.2.1 Alat Penelitian ............................................................................................ 29 3.2.2 Bahan Penelitian ........................................................................................ 29 3.3 Metode Penelitian ......................................................................................... 30 3.4 Rancangan Percobaan ................................................................................. 31 3.5 Prosedur Penelitian ...................................................................................... 31 3.6 Analisa Data ................................................................................................. 33 3.6.1 Pengamatan dan Analisa yang Akan Dilakukan.......................................... 33 3.6.2 Analisa Statistik .......................................................................................... 34 3.7 Diagram Alir Penelitian ................................................................................. 35 3.7.1 Persiapan Bahan ........................................................................................ 35 3.7.2 Pembuatan Konsentrat ............................................................................... 36 BAB IV HASIL PEMBAHASAN ................................................................................. 37 4.1 Karakteristik Bahan Baku ............................................................................. 37

4.2 Perbandingan Karakter Jus Wortel Segar dan Konsentrat Wortel (Vakum dan Tanpa Vakum).......................................................................... 40

v

4.3 Model Kinetika Laju Penguapan Pada Evaporasi Konsentrat Wortel (Vakum dan Tanpa Vakum).......................................................................... 47

4.4 Pola Spektra Total Karoten Pada Setiap Suhu ............................................. 49 4.5 Spektra Serapan Inframerah - FTIR (Fourier Transform Infrared

Spectroscopy) .............................................................................................. 53 4.6 Model Kinetika Degradasi Karotenoid Pada Evaporasi Vakum dan

Tanpa Vakum ............................................................................................... 57 4.7 Model Kinetika Perubahan Warna Pada Proses Evaporasi Vakum dan

Tanpa Vakum ............................................................................................... 61 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 64 5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 64 5.2 Saran ............................................................................................................ 65 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 66 LAMPIRAN ................................................................................................................ 74

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Zat Gizi Wortel Per 100 g Berat Basah ....................................... 5

Tabel 2.2 Standar Produk Konsentrat Wortel ............................................................... 6

Tabel 2.3 Karakterisik Masing-Masing Orde ................................................................ 8

Tabel 2.4 Karakterisik Masing-Masing Orde .............................................................. 19

Tabel 2.5 Beberapa Daerah Terpenting Dalam Spektrum Inframerah ....................... 27

Tabel 4.1 Karakteristik Fisik Umbi Wortel .................................................................. 36

Tabel 4.2 Perbandingan Karakteristik Jus Wortel Segar Dengan Konsentrat

Wortel (Vakum dan Tanpa Vakum) ........................................................... 37

Tabel 4.3 Model Kinetika Laju Penguapan, Degradasi Karotenoid, dan

Perubahan Warna Pada Proses Evaporasi Vakum dan

Tanpa Vakum ............................................................................................. 45

Tabel 4.4 Panjang Gelombang Dengan Absorbansi Maksimum ................................ 50

Tabel 4.5 Panjang Gelombang Dengan Absorbansi Maksimum ................................ 51

Tabel 4.6 Beberapa Daerah Terpenting Dalam Spektrum Inframerah ....................... 53

Tabel 4.7 Energi Aktivasi Berdasarkan Literatur ........................................................ 60

Tabel 4.8 Parameter Model Kinetika Perubahan Warna ............................................ 61

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Morfologi Wortel ....................................................................................... 4

Gambar 2.2 Kurva Sorpsi Isotermis Secara Umum...................................................... 7

Gambar 2.3 Perhitungan Nilai %III/II Untuk Mengidentifikasi Pigmen ........................ 11

Gambar 2.4 Struktur Karotenoid Utama ..................................................................... 12

Gambar 2.5 Perubahan beta karoten menjadi 2 retinol .............................................. 14

Gambar 2.6 Langkah-Langkah Oksidasi Beta Karoten .............................................. 16

Gambar 2.7 Mekanisme Degradasi Karotenoid yang Disebabkan Oleh Beberapa

Faktor ................................................................................................... 18

Gambar 2.8 Reaksi Ordo 0 ........................................................................................ 22

Gambar 2.9 Reaksi Ordo 1 ........................................................................................ 22

Gambar 2.10 Reaksi Ordo 2 ....................................................................................... 22

Gambar 2.11 Hubungan Arrhenius ............................................................................. 23

Gambar 2.12 Diagram Horizontal Panjang Gelombang .............................................. 24

Gambar 2.13 Roda Warna Komplementer .................................................................. 25

Gambar 2.14 Spektrum Infra-Merah N-Propanol, CH3CH2CH2OH .............................. 26

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Arrhenius .................................................................... 48

Gambar 4.2 Pola Spektra Pada Proses Evaporasi Vakum Di Lima Suhu, Dan

Tanpa Vakum Pada Suhu Tertinggi ...................................................... 49

Gambar 4.3 Spektra Serapan Inframerah (a) Pada Menit Ke Nol (0), (b) Pada

Suhu 70ºC Menit ke 12, dan (c)Evaporasi Tanpa Vakum Suhu

70ºC jam ke3 ........................................................................................ 52

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Arrhenius .................................................................... 59

viii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Metode Analisa ....................................................................................... 74

Lampiran 2. Kinetika Laju Penguapan ........................................................................ 78

Lampiran 3. Kinetika Degradasi Total Karotenoid ....................................................... 82

Lampiran 4. Absorbansi Pola Spektra ......................................................................... 86

Lampiran 5. Aktivitas Antioksidan ............................................................................... 89

Lampiran 6. Kinetika Perubahan Warna ..................................................................... 94

Lampiran 7. Karakteristik Jus Wortel ......................................................................... 98

Lampiran 8. Karakteristik Konsentrat Wortel ............................................................. 100

Lampiran 9. Spektra FTIR......................................................................................... 105

Lampiran 10. Perbandingan karakteristik jus wortel dengan konsentrat wortel

(vakum dan tanpa vakum) ................................................................... 107

Lampiran 11. Dokumentasi ....................................................................................... 109