APLIKASI IRADIASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK...
Transcript of APLIKASI IRADIASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK...
-
APLIKASI IRADIASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK DISINFESTASI SERANGGA
Tribolium castaneum (Herbst) PADA TEPUNG TERIGU
RINDY PANCA TANHINDARTO
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2006
-
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Aplikasi Iradiasi Mesin Berkas Elektron untuk Disinfestasi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) pada Tepung Terigu adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan penulis lain, telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2006
Rindy Panca Tanhindarto Nomor Pokok F 25 1024 011
-
ABSTRAK
RINDY PANCA TANHINDARTO. Aplikasi Iradiasi Mesin Berkas Elektron untuk Disinfestasi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) pada Tepung Terigu. Dibimbing oleh PURWIYATNO HARIYADI, NURI ANDARWULAN dan ZUBAIDAH IRAWATI.
Tribolium castaneum (Herbst) (T. castaneum) adalah hama gudang yang
dapat menimbulkan masalah pada penyimpanan tepung terigu. Teknik pengawet-an secara konvensional untuk disinfestasi yang ada masih belum sepenuhnya mampu membasmi sisa-sisa stadium telur, larva, pupa dan serangga dewasa T. castaneum. Radiasi ionisasi mesin berkas elektron (MBE) adalah proses fisika dapat diterapkan untuk tujuan disinfestasi serangga. Beberapa keunggulan dari MBE adalah aman, efektif dan tidak meninggalkan residu pada bahan yang disinari. Sampel dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu serangga uji tanpa tepung terigu dan serangga uji diinfestasikan ke dalam tepung terigu dengan tebal masing-masing 800 m dan 1600 m, lalu dikemas dengan plastik polietilen. MBE diatur pada energi 300 keV dan sampel diiradiasi satu sisi dan dua sisi dengan arus berkas 100-500 A, kecepatan konveyor 4 cm/detik dan jarak pemayar ke target 20 cm. Pengamatan dilakukan terhadap pertumbuhan populasi serangga yang hidup terhadap fungsi waktu. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari efektivitas mesin berkas elektron untuk disinfestasi serangga dewasa T. castaneum. Sebagai acuan menggunakan sumber radionuklida [60Co] sinar gamma juga dilakukan. Perlakuan radiasi dengan arus berkas 300 A dua sisi pada infestasi sampel tanpa tepung terigu dapat membasmi semua serangga dewasa T. castaneum segera setelah perlakuan iradiasi baik menggunakan berkas elektron maupun sinar gamma dengan dosis 3 kGy. Berdasarkan efektivitas iradiasi dua sisi dengan arus berkas 200 A dapat menurunkan semua serangga dewasa T. castaneum yang diinfestasikan kedalam tepung terigu dengan tebal 800 m. Kata kunci : disinfestasi, iradiasi pangan, mesin berkas elektron, tepung terigu,
Tribolium castaneum (Herbst).
-
ABSTRACT RINDY PANCA TANHINDARTO. The Application of Irradiated Electron Beam Machine to Disinfestation Tribolium castaneum (Herbst) on Wheat Flour. Under the direction of PURWIYATNO HARIYADI, NURI ANDARWULAN, ZUBAIDAH IRAWATI.
Tribolium castaneum (Herbst) (T. castaneum) is a storage pest can create
problem of wheat flour. The existing conventional preservation techniques for insect disinfestation are mostly insufficient to eliminate stadium of eggs, larva, pupae or imago of T. castaneum. Ionizing radiation using source electron beam machine (EBM) is the physical processing could be applied for insect disinfestation purposes. Some benefit using EBM are safe, effective and no residues on foodstuffs after process. The samples were divided into two groups, i.e. insect without wheat flour and insect infested in wheat flour thickness of 800 m and thickness of 1600 m, packed individually in polyethylene pouch, respectively. The EBM was set up to the energy 300 keV, and the samples were irradiated one and both sides at the beam currents of 100-500 A, while conveyor velocity was 4 cm/second and gap of windows-target surface was 20 cm. The population of living insect at all stages by the strorage time was observed. The objective of the study was to conduct the effectiveness of electron beam machine in order to disinfested imago stage of T. castaneum. A comparative study using radionuclide [60Co] of gamma rays source was also conducted. Radiation treatment at the beam current of 300 A on both sides of the infested samples without wheat flour, could eliminate all imago stage of T. castaneum immediately after the treatment as well as for gamma rays at 3 kGy. Base on the effectiveness irradiation on both sides with the beam currents of 200 A could decline T. castaneum in all stages was infested into wheat flour at 800 m thickness. Key word: disinfestations, food irradiation, electron beam machine, wheat flour, Tribolium castaneum (Herbst).
-
Hak cipta milik Rindy Panca Tanhindarto, tahun 2006 Hak Cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm dan sebagainya
-
APLIKASI IRADIASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK DISINFESTASI SERANGGA
Tribolium castaneum (Herbst) PADA TEPUNG TERIGU
RINDY PANCA TANHINDARTO
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2006
-
Judul Tesis : Aplikasi Iradiasi Mesin Berkas Elektron untuk Disinfestasi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) pada Tepung Terigu
Nama : Rindy Panca Tanhindarto Program Studi : Ilmu Pangan Nomor Pokok : F 25 1024 011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, M.Sc Ketua
Ir. Zubaidah Irawati, Ph.D Dr. Ir. Nuri Andarwulan, M.Si Anggota Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, MS Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tanggal Ujian: 31 Juli 2006 Tanggal Lulus:
-
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Oktober sampai November 2004 dan Juli 2005 sampai Maret 2006 ini ialah iradiasi pangan, dengan judul Aplikasi Iradiasi Mesin Berkas Elektron untuk Disinfestasi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) pada Tepung Terigu.
Terima kasih dan penghargaan setingginya penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, M.Sc selaku Ketua Komisi Pembimbing, Dr. Ir. Nuri Andarwulan, M.Si dan Ir. Zubaidah Irawati, Ph.D selaku anggota pembimbing yang telah banyak memberikan ide, saran dan masukannya. Demikian pula kepada Pimpinan berserta staf Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Jakarta, Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN Yogyakarta yang telah membantu selama pengumpulan data.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada istri Nining Murtiningsih, ke-2 anak yaitu Rafi Eko Hindarto dan Riany Dwi Delphia serta orang tua atas segala doa, kasih sayang serta dorongan baik moril maupun materiil sampai selesainya karya ilmiah ini.
Penulis menyadari dan berharap semoga karya ilmiah ini dapat dijadikan landasan untuk pelaksanaan penelitian lanjutan yang memberi hasil yang bermanfaat, khususnya di bidang ilmu pangan serta pengembangan ilmu dan teknologi pada umumnya.
Bogor, Agustus 2006
Rindy Panca Tanhindarto
-
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bojonegoro pada tanggal 6 Juli 1964 dari ayah D. Muryono (Alm) dan ibu S. Tatty Haryati. Penulis merupakan putra ke lima dari lima bersaudara.
Tahun 1983 Penulis lulus dari SMA Negeri 7 Surabaya, pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (Program Perintis II). Pendidikan sarjana ditempuh di Fakultas Teknologi Pertanian, Jurusan Teknologi Pangan
dan Gizi, lulus pada tahun 1989. Pada tahun 1989 Penulis diterima bekerja di PT. Brataco cabang Surabaya,
kemudian bulan April tahun 1990 Penulis bekerja sebagai staf peneliti di Kelompok Bahan Pangan, Bidang Proses Radiasi, Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN). Bidang penelitian yang menjadi tanggung jawab peneliti ialah iradiasi pangan. Selama bekerja Penulis telah dipercaya mengelola proyek penelitian pada Tahun Anggaran 1998/1999 sebagai Sekretaris Proyek Pemanfaatan Teknologi Nuklir dalam Industri. Kemudian secara berturut-turut Tahun Anggaran 1999/2000 - 2000 mendapat tugas sebagai Pemimpin Proyek Pemanfaatan Teknologi Nuklir dalam Industri. Dilanjutkan tahun 2001 dipercaya sebagai Pemimpin Proyek Pengembangan Teknologi Proses Radiasi untuk Industri dan Lingkungan. Beasiswa training dari International Atomic Energy Agency (IAEA) TA No. INS/5/025 di Negara Bagian Philadelphia Amerika (USA), 2 Desember 1995 - 2 Agustus 1996, bertempat di USDA, ARS, ERRC tentang Food Safety Laboratorium dengan program radiation safety, vitamine analysis, hydrocarbon analysis and radiation dosimetry. Pada tahun 1999 Penulis mendapat kesempatan workshop di Negara China atas biaya IAEA kode RAS/5/034 dengan tema FAO/IAEA (RCA) Project Coordinator on Irradiation As a Sanitary and Phytosanitary Treatment of Foods, 1-3 September 1999.
Tahun 2003 semester genap Tahun Akademik 2002/2003 Penulis melanjutkan studi atas biaya sendiri dan diterima di Program Studi Ilmu Pangan pada Sekolah Pascasarjana IPB.
Selama mengikuti program S2, karya ilmiah berjudul Proses Iradiasi Tepung Terigu Dengan Menggunakan MBE (350 keV, 10 mA) telah disajikan pada Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Akselerator VIII, Yogyakarta 22 Nopember 2005. Makalah lain berjudul Aplikasi Iradiasi Mesin Berkas Elektron Untuk Disinfestasi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) Pada Tepung Terigu telah disajikan pada Seminar Nasional PATPI, Yogyakarta 2-3 Agustus 2006. Karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S2 Penulis. e-mail : [email protected], rindypt @hotmail.com
mailto:[email protected]
-
DAFTAR SINGKATAN DAN NOTASI ATAU ISTILAH Rad Satuan dosis radiasi Gy Gray (satuan unit dosis radiasi menurut SI) KGy Kilo Gray eV Elektron Volt (satuan energi) KeV Kilo elektron Volt ESR Electron Spin Resonance Ci Curie Bq Becquerel CTA Cellulose Triacetate Lamda (panjang gelombang) Laju dosis adalah jumlah dosis absorbsi per satuan waktu Dosis absorbsi adalah jumlah radiasi yang diabsorbsi per unit massa. Unit dosis absorbsi : Gray (Gy) = Joule / kg = 100 rad Unit sumber radiasi Ci = Curie atau Bq = Becquerel (satuan unit sumber radiasi
menurut SI). Ci = 3,7 x 1010 Bq Berkas elektron adalah arus elektron yang dipercepat oleh mesin Mesin Berkas elektron [MBE] adalah mesin yang menghasilkan arus elektron
yang dipercepat Sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh
isotop radioaktif Radiasi pengion adalah radiasi berenergi tinggi yang dapat penetrasi ke
dalam atom dengan menghasilkan partikel bermuatan listrik yang disebut ion
Iradiasi adalah perlakuan pada suatu produk dengan memaparkan-nya pada sinar gamma, sinar X atau elektron
Radioaktif adalah sifat dari inti suatu atom yang tidak stabil, yang secara spontan mengeluarkan sinar yang berenergi tinggi seperti sinar gamma, beta dan alpha dalam menuju ke keadaan stabil
Radioisotop adalah unsur yang mengalami perubahan susunan intinya, sehingga dalam keadaan tidak stabil
Dosimeter adalah suatu sistem fisika atau kimia yang berubah secara terukur dan proporsional jika dipaparkan pada radiasi. Sistem ini dipakai untuk mengukur dosis absorbsi dari bahan yang dipaparkan
Keseragaman dosis adalah perbandingan / rasio dosis absorbsi maksimum terhadap dosis absorbsi minimum pada suatu unit produksi yang dipaparkan terhadap radiasi
Shielding (perisai) zat yang digunakan untuk mengurangi radiasi yang lewat Pass adalah perlakuan pada suatu produk dengan melewatkan
pada sumber radiasi
-
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xvii
PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 Latar Belakang ........................................................................................ 1 Perumusan Masalah ................................................................................ 3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................... 4 Kegunaan Penelitian ............................................................................... 4 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 5 Mutu Tepung Terigu ............................................................................... 5 Morfologi Serangga Tribolium castaneum (Herbst) ............................... 6 Faktor-faktor yang mempengaruhi Perkembangan Serangga
Tribolium sp ........................................................................................ 7 Kerusakan yang ditimbulkan serangga Tribolium sp .............................. 8 Pertumbuhan Populasi Serangga ............................................................. 9 Model Kinetika Reaksi Orde Satu .......................................................... 9 Pengendalian serangga Tribolium sp dengan Iradiasi ............................. 10 Iradiasi Pangan ........................................................................................ 11 Sumber Energi Radiasi ............................................................................ 12 Mesin Berkas Elektron (MBE) 350 keV/10 mA ..................................... 16 Dosis Radiasi ........................................................................................... 16 Dosimetri ................................................................................................. 17 Fasilitas Radiasi ...................................................................................... 19 Interaksi Radiasi Pengion dengan Bahan ................................................ 19 Prinsip Iradiasi Pangan ............................................................................ 21 Radiolisis Air ........................................................................................... 22
BAHAN DAN METODE PENELITIAN ....................................................... 24 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 24 Bahan dan Alat ........................................................................................ 24 Metode Penelitian ................................................................................... 25 Proses Radiasi Mesin Berkas Elektron terhadap Tepung Terigu ............. 25 Aplikasi Radiasi Pengion untuk Disinfestasi Serangga
T. castaneum ...................................................................................... 29 Prosedur Pengukuran .............................................................................. 35
-
Halaman HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 37 Aspek Dosimetri ..................................................................................... 37 Dosimeter Penanda ................................................................................. 42 Efisiensi Daerah Iradiasi Berkas Elektron .............................................. 43 Penetrasi Berkas Elektron pada Sampel Bubuk ....................................... 44 Cara Iradiasi (Pass) dan Penetrasi Berkas Elektron ................................ 46 Pengaruh Dosis Radiasi Sinar Gamma terhadap Populasi Serangga
T. castaneum ..................................................................................... 49 Efektivitas Dosis Radiasi Sinar Gamma untuk Disinfestasi
Populasi Serangga Dewasa, Larva, Pupa T. cstaneum ...................... 54 Pengaruh Arus Berkas Mesin Berkas Elektron terhadap Populasi
Serangga Dewasa T. castaneum ................. 57
Efektivitas Arus Berkas Mesin Berkas Elektron untuk Disinfestasi Populasi Serangga Dewasa T. cstaneum ........................................... 65
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 75 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 76 LAMPIRAN ................................................................................................... 83
-
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Syarat mutu terigu .....................................................................................
6
2. Karakteristik radiasi berkas elektron dan sinar gamma [60Co] ..................
14
3. Persyaratan dosis dalam berbagai penerapan iradiasi pangan ....................
18
4. Hasil pengukuran iradiasi MBE pada arus berkas (100-500) A terhadap dosis serap dosimeter CTA film .................................................
42
5. Ukuran tebal tepung dan berat sampel dengan luas tetap .........................
46
6. Pengaruh dosis radiasi sinar gamma terhadap waktu bertahan hidup masing-masing populasi dari ketiga stadium dewasa, larva dan pupa T. castaneum ..............................................................................................
52
7. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh dosis radiasi sinar gamma terhadap waktu bertahan hidup untuk masing-masing stadium serangga T. castaneum .............................................................................................
56
8. Pengaruh arus berkas elektron dengan iradiasi satu sisi permukaan terhadap waktu bertahan hidup serangga dewasa T. castaneum ................
60
9. Pengaruh arus berkas elektron dengan iradiasi dua sisi permukaan yang berlawanan terhadap waktu bertahan hidup serangga dewasa T. castaneum .............................................................................................
64
-
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Siklus hidup metamorfosis sempurna ordo Coleoptera (a) dan morfologi larva, pupa dan dewasa serangga T. castaneum (b) ..................
7
2. Ukuran skala telur, larva, pupa dan serangga dewasa Tribolium sp. .........
8
3. Grafik kenaikan pertumbuhan eksponensial populasi serangga ............... 10
4. Logo makanan iradiasi ..............................................................................
13
5. Kurva distribusi dosis-kedalaman penetrasi a) Berkas elektron dengan variasi energi; b) Radiasi gamma dari [60Co] dan [137Cs] ........... .
15
6. Kurva distribusi dosis-kedalaman penetrasi pada iradiasi 2 sisi a) dengan radiasi gamma [60Co]; b) dengan 10 MeV elektron ................
15
7. Blok diagram mesin berkas elektron tipe BA 350 keV/10 mA ................
17
8. Interaksi radiasi dengan materi a) Radiasi elektron; b) Radiasi sinar gamma atau X ...........................................................................................
21
9. Skema prinsip pengawetan bahan pangan dengan iradiasi .......................
23
10. Tahap penelitian dan luarannya ...............................................................
26
11. Diagram alir pelaksanaan penelitian tahap I ............................................
28
12. Diagram alir pelaksanaan penelitian tahap II ...........................................
31
13. Ruang penyimpanan sampel serangga uji .................................................
32
14. Kurva kalibrasi dosimeter Fricke .............................................................
38
15. Spektrum ESR dosimeter alanin iradiasi ..
39
16. Kurva kalibrasi dosimeter alanin yang diiradiasi dengan sinar gamma pada daerah dosis 1-8 kGy ............................................................
39
17. Kurva kalibrasi CTA film yang diiradiasi dengan berkas elektron ..........
40
18. Kurva kalibrasi dosimeter alanin yang diiradiasi dengan berkas elektron pada daerah dosis 0-5 kGy .......................................................... 41
-
Halaman 19. Perubahan warna dosimeter penanda karena iradiasi MBE .....................
43
20. Luasan penampang berkas iradiasi dari pemayar MBE ...........................
44
21. Kurva hubungan antara dosis relatif terhadap lintasan pemayar sepanjang (a) 120 cm dan (b) 80 cm ........................................................
44
22. Hubungan intensitas signal ESR alanin terhadap perlakuan pass ............
47
23. Hubungan intensitas signal ESR tepung terigu terhadap perlakuan pass ...........................................................................................................
48
24. Kurva pertumbuhan populasi serangga T. castaneum siklus radiasi pada dosis radiasi 0,1-0,5 kGy .............................................................
50
25. Kurva pertumbuhan populasi serangga T. castaneum siklus radiasi pada dosis radiasi 1-5 kGy ...................................................
51
26. Hubungan antara waktu bertahan hidup serangga T. castaneum terhadap dosis radiasi sinar gamma dari 0,1-5 kGy .................................
55
27. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh dosis radiasi sinar gamma terhadap waktu bertahan hidup serangga T. castaneum pada dosis radiasi 0,1- 5 kGy .....................................................................................
56
28. Kurva populasi serangga dewasa T. castaneum setelah perlakuan iradiasi satu sisi permukaan MBE arus berkas (100 -500) A ............... .....................
58
29. Kurva populasi serangga dewasa T. castaneum setelah perlakuan iradiasi dua sisi permukaan yang berlawanan MBE arus berkas (100-500) A ............................................................................................
62
30. Hubungan antara waktu bertahan hidup serangga dewasa T. castaneum terhadap iradiasi MBE dari arus berkas (100-500) A .............................
65
31. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi satu sisi permukaan MBE arus berkas (200-500) A pada sampel serangga dewasa tanpa tepung terigu ......................................................................
67
32. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi satu sisi permukaan MBE arus berkas (100-500) A pada sampel serangga uji diinfestasikan ke dalam tepung masing-masing tebal 800 dan 1600 A ....................................................................................................
67
-
Halaman
33. Hubungan antara individu hidup serangga dewasa T. castaneum
terhadap iradiasi satu sisi permukaan MBE arus berkas 100-500 A .....
69
34. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi satu sisi permukaan MBE arus berkas (100-500) A pada individu hidup ..........
69
35. Hubungan antara waktu bertahan hidup serangga dewasa T. castaneum terhadap iradiasi MBE dari arus berkas 100-500 A ........
70
36. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi dua sisi permukaan MBE arus berkas (100-500) A pada sampel serangga dewasa tanpa tepung terigu .......................................................................
71
37. Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi dua sisi permukaan MBE arus berkas (100-500) A pada sampel tebal tepung terigu 800 dan 1600 m ...............................................................
72
38. Hubungan antara individu hidup serangga dewasa T. castaneum terhadap iradiasi dua sisi permukaan MBE arus berkas 100-500 A ......
73
39 Persamaan regresi Ln y = a + b x pengaruh iradiasi dua sisi permukaan MBE arus berkas (100-500) A terhadap individu hidup ........................................................................................................ 74
-
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
Alat Ukur Parameter Penelitian Utama .................................................. 84
2. Data hasil pengukuran dosimeter larutan Fricke pada = 305 nm ........
87
3. Data hasil pengukuran dosimeter alanin diiradiasi dengan sinar gamma pada daerah 1-8 kGy .................................................................
88
4. Data hasil pengukuran CTA film standar dengan alat ukur CTA reader ..............................................................................................
89
5. Data hasil pengukuran dosimeter alanin diiradiasi dengan berkas elektron pada daerah dosis serap 0-5 kGy .............................................
90
6. Perubahan warna dosimeter penanda yang diiradiasi dengan arus berkas elektron 100-500 A ...................................................................
91
7. Hasil pengukuran keseragaman dosis relatif sepanjang jendela pemayar 120 cm .....................................................................................
92
8. Hasil pengukuran amplitudo spektrum ESR dosimeter alanin diiradiasi dengan MBE ...........................................................................
93
9. Hasil pengukuran amplitudo spektrum ESR tepung terigu diiradiasi dengan MBE ..
94
10. Pertumbuhan populasi masing-masing stadium serangga dewasa, larva, pupa T. castaneum yang diiradiasi dengan sinar gamma pada dosis rendah (0,1-0,5) kGy dan dosis sedang (1-5) kGy ...............
95
11. Pertumbuhan populasi serangga dewasa T. castaneum yang diiradiasi satu sisi permukaan dengan MBE arus berkas 100-500 A pada perlakuan sampel: tanpa tepung terigu, tebal tepung terigu 800 dan 1600 m ................................................................................................
100
12. Pertumbuhan populasi serangga dewasa T. castaneum yang diiradiasi dua sisi permukaan yang berlawanan dengan MBE arus berkas 100-500 A pada perlakuan sampel: tanpa tepung terigu, tebal tepung terigu 800 dan 1600 m .........................................................................
103
-
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tepung terigu merupakan bahan makanan pokok yang penting setelah beras.
Di lain pihak, sumber karbohidrat lainnya masih belum mencukupi maka mendo-
rong kebutuhan konsumsi tepung terigu meningkat dari tahun ke tahun. Konsumsi
tepung terigu di Indonesia per kapita mencapai 15 kg/kapita lebih rendah dari
Singapura ( 71 kg/kapita ) dan Malaysia ( 40 kg/kapita ) pada tahun 2002
(Bogasari 2005). Secara umum, usaha-usaha untuk memenuhi kebutuhan diversi-
fikasi pangan sumber karbohidrat dapat mendukung Ketahanan Pangan Nasional.
Serangga merupakan permasalahan yang dihadapi oleh industri tepung teri-
gu khususnya pada kondisi penyimpanan. Salah satu jenis kumbang yang banyak
ditemukan pada tepung-tepungan adalah serangga Tribolium castaneum Herbst
(T. castaneum). Serangga ini dikenal sebagai kumbang tepung merah (The Rust
Red Flour Beetle), termasuk ke dalam ordo Coleoptera famili Tenebrionidae.
Serangga T. castaneum ini adalah sebagai hama sekunder bersifat kosmopolitan
dan termasuk external feeder pada beras dan serealia lain, larva dan imago mema-
kan bahan yang sama (Haines 1991; Sokoloff 1974).
Ternyata pengendalian serangga yang dilakukan secara konvensional, masih
belum sepenuhnya mampu membasmi sisa-sisa telur, larva dan pupa serangga
pada produk tersebut. Salah satu perkembangan pengendalian hama pasca panen
pada serangga T. castaneum untuk tujuan disinfestasi serangga sudah banyak
dilakukan, seperti penggunaan bahan kimia sebagai fumigasi yaitu metil bromin
dan etilen dibromin. The United State Environmental Protection Agency (EPA)
telah mengatur penggunaan metil bromin untuk dikurangi 25% sejak tahun 2000.
sedang berdasarkan The Montreal Protocol and Clean Air Act penggunaan metil
bromin untuk negara berkembang akan dihapus pada tahun 2015 (Gupta 2001).
Untuk mengatasi permasalahan pasca panen tepung terigu maka diperlukan
teknologi tepat guna agar supaya tepung terigu lebih berkualitas dan tahan lama
sehingga dapat terdistribusikan ke tempat lain tepat waktu. Salah satu teknik fisika
untuk mengatasi masalah tersebut adalah penggunaan radiasi pengion baik yang
1
-
Pendahuluan 2
berasal dari radionuklida seperti [60Co] dan [137Cs] maupun sumber listrik. Apli-
kasi teknik nuklir dengan menggunakan sinar gamma [60Co] untuk tujuan sanitasi
bahan pangan di Indonesia telah dimulai sejak tahun 1969 antara lain untuk komo-
ditas bebijian. Sedang peraturan aplikasi iradiasi pangan telah dimulai sejak tahun
1987 telah ditetapkan peraturan Menteri Kesehatan nomor 826 dan diperbaharui
pada tahun 1995 nomor 152 dengan penambahan komoditas serta khususnya ko-
moditas bebijian dosis maksimumnya dinaikkan dari 1 kGy menjadi 5 kGy.
Penggunaan mesin berkas elektron (MBE) khususnya bidang pangan di
Indonesia belum di aplikasikan secara luas (Tanhindarto 2002, 2003, 2005, 2006;
Tanhindarto & Irawati 2004; Irawati 2005a, 2005b), dibeberapa negara sudah
diterapkan untuk tujuan disinfestasi serangga hama gudang. Salimov et al. (2000)
mengemukakan bahwa mesin pemercepat elektron dengan energi 1,5 MeV sudah
dapat diaplikasikan untuk iradiasi disinfestasi bebijian. Hariyadi (2004) menge-
mukakan bahwa iradiasi mesin berkas elektron dapat berpotensi menjadi bagian
penting dalam pemecahan masalah keamanan pangan. Danu (2003) melaporkan
bahwa di Indonesia pemanfaatan MBE masih terbatas dalam aplikasi penggu-
naannya, seperti proses curing, prevulkanisasi karet ban. Cleghorn et al. (2002)
melaporkan bahwa berkas elektron energi 400 kV x 200 Gy dapat digunakan
mengontrol mortalitas 3 jenis serangga hama gudang (S oryzae, R dominica, T
castaneum). Menurut Hayashi et al. (2004) penggunaan elektron energi rendah
(soft electron) 60 keV telah digunakan untuk menginaktifkan telur, larva dan pupa
serangga hama gudang. Soft-electron 150 kV dapat digunakan untuk disinfestasi
bebijian yang terkontaminasi serangga external feeders (Imamura et al. 2004).
Iganatowicz (2004) menyatakan bahwa iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,3
kGy sudah cukup untuk menghambat serangga hama gudang, serta dosis 0,6 kGy
disarankan untuk perlakuan karantina serangga dewasa lepidoptera. Gochangco et
al. (2004) melaporkan bahwa perlakuan iradiasi dapat digunakan sebagai perlaku-
an alternatif pengganti penggunaan metil bromin untuk disinfestasi serangga T.
castaneum pada penyimpanan coklat.
Beberapa tahun terakhir ini, penerimaan masyarakat tentang manfaat iradiasi
sebagai perlakuan phytosanitary sudah mulai meningkat guna mengontrol anthro-
poda pada komoditas segar dan penyimpanan produk. Sebagai contoh di Hawaii
-
Pendahuluan 3
USA bahwa iradiasi digunakan untuk mengontrol lalat buah pada 10 jenis buah
dan 4 jenis sayuran serta mangga, sedang di Florida iradiasi untuk mengontrol
kentang manis sebelum pengapalan ke California (IAEA 2004).
Noemi (1987) mengemukakan bahwa penggunaan sumber radiasi mesin
berkas elektron dan sinar gamma [60Co] tidak memiliki perbedaan yang nyata
untuk tujuan mengontrol infestasi serangga hama gudang. Sumber radiasi pengion
dengan MBE pada dosis 0,2-0,5 kGy cukup untuk mengontrol perkembangbiakan
serangga, bahkan beberapa minggu setelah iradiasi, dosis 1 kGy cukup efektif
untuk membunuh seluruh stadium serangga beberapa hari setelah iradiasi. Sedang
Hayashi et al. (2003) melaporkan penggunaan soft-electron (energi rendah berkas
elektron) dengan tegangan 60 kV efektif membasmi telur, larva dan pupa red flour
beetle (T. castaneum) dosis 1 kGy, sedang untuk serangga dewasa dosis 5 kGy.
Berdasarkan kenyataan tersebut perlu segera penggalian potensi penelitian
dan pengembangan untuk memecahkan permasalahan yang ada. Upaya ini dapat
mendukung peningkatan sarana dan teknologi pengelolaan gandum, yang nantinya
dapat dimanfaatkan untuk perlakuan karantina pada produk tepung terigu.
Perumusahan Masalah
Pengendalian serangga hama gudang ternyata masih belum sepenuhnya
mampu mengatasi sisa-sisa telur, larva dan pupa serangga T. castaneum pada
produk tepung terigu. Proses iradiasi mesin berkas elektron adalah proses fisika
tanpa residu merupakan proses yang lebih efektif yang dapat diterapkan untuk
mengatasi permasalahan ini, bahkan dapat memperpanjang umur simpan bahan
yang diproses. Teknik ini juga dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan
karena pengendalian serangga yang dilakukan secara konvensional, masih belum
sepenuhnya mampu membasmi sisa-sisa telur, larva dan pupa serangga dan
pemakaian bahan kimia seperti metil bromin sudah dibatasi untuk perlakuan
karantina pada produk tepung terigu.
-
Pendahuluan 4
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan Penelitian
Mempelajari proses radiasi mesin berkas elektron energi rendah terhadap
bahan pangan tepung terigu serta ada penguasaan teknologi mesin berkas elektron
untuk pengawetan makanan.
Tujuan khusus penelitian ini adalah :
1. Mengetahui proses iradiasi mesin berkas elektron terhadap tepung terigu,
2. Mengetahui teknik iradiasi berkas elektron untuk disinfestasi pada serangga
dewasa T. castaneum.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi awal bahwa sumber
radiasi dari mesin berkas elektron dapat digunakan untuk tindakan disinfestasi
terhadap serangga, sisa-sisa serangga seperti telur, larva, pupa dan imago T.
castaneum yang nantinya dapat dimanfaatkan untuk perlakuan karantina pada
produk berbasis tepung.
Kegunaan Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan landasan untuk pengembangan
makanan iradiasi menggunakan sumber radiasi mesin berkas elektron, dan dapat
memberikan kontribusi terhadap aspek keamanan pangan pada produk tepung
terigu yang bebas terhadap serangga, sisa-sisa serangga seperti telur, larva dan
pupa. Disamping itu, dapat sebagai teknologi alternatif sebagai substitusi penggu-
naan bahan pengawet kimia (fumigasi).
-
TINJAUAN PUSTAKA
Mutu Tepung Terigu
Tanaman gandum dengan nama latin Triticum aestivum L. dari subspesies
vulgare memiliki sekitar 4000 jenis varietas yang tumbuh di seluruh dunia
(Posner 2000).
Tepung terigu adalah tepung yang diperoleh dengan jalan menggiling biji-
biji gandum yang sehat dan telah dibersihkan (SII 1975). Sedang tepung terigu
sebagai bahan makanan adalah tepung yang dibuat dari endosperma biji gandum
Triticum aestivum L. (Club wheat) dan / atau Triticum compactum Host. Adapun
persyaratan mutu terigu dapat dilihat pada Tabel 1 (SNI 2000). Dari Tabel terihat
bahwa syarat mutu terigu harus bebas dari serangga, sisa-sisa serangga seperti
telur, larva dan pupa. Tepung terigu di Indonesia dibedakan berdasarkan kadar
proteinnya yaitu tepung keras dengan kadar protein 12-13 %, medium dengan
kadar protein 9,5-10 % dan yang mengandung 7,5-8 % protein adalah tepung
lunak.
Dari hasil penelitian iradiasi sinar gamma [60Co] dosis sampai 0,4 kGy
untuk tujuan disinfestasi serangga terhadap 3 tepung terigu (cakra kembar, kunci
biru dan segitiga biru) ternyata perlakuan iradiasi tidak memberikan pengaruh
yang nyata terhadap warna, kadar protein dan sifat khas tepung (Chosdu & Maha
1980). Hayashi et al. (2003) mengemukakan dari hasil penelitian terdahulu terha-
dap biji-bijian dilaporkan bahwa penggunaan energi rendah berkas elektron (soft-
electron) dengan tegangan 60 keV untuk tujuan disinfestasi tidak memberikan
pengaruh yang nyata terhadap sifat fisiko-kimia biji-bijian.
Menurut Atnasov (1977) dalam Noemi (1987) mengemukakan dosis 225
Gy sudah dapat membunuh semua stadium red flour beetles pada penyimpanan
biji-bijian dalam 1 tahun setelah iradiasi.
Morfologi Serangga Tribolium castaneum (Herbst)
Serangga Tribolium castaneum H. termasuk ke dalam ordo Coleoptera
famili Tenebrionidae. Serangga ini tergolong serangga yang mengalami metamor-
fosis sempurna (holometabola) yaitu perkembangannya melalui fase-fase telur,
-
Tinjauan Pustaka 6
larva, pupa dan imago (Haines 1991). Siklus hidup metamorfosis sempurna ordo
Coleoptera dan morfologi larva, pupa dan imago serangga T. castaneum disajikan
pada Gambar 1. Perbedaan morfologi antara jantan dan betina dapat dibedakan,
berdasarkan femur. Serangga jantan dibagian depan sebelah kiri terdapat bintik hi-
tam, sedangkan pada serangga betina tidak terdapat bintik hitam (Sokoloff 1974).
Tabel 1. Spesifikasi persyaratan mutu (SNI 01-3751-2000) No. Jenis uji Satuan Persyaratan 1 1.1 1.2 1.3 1.4
Keadaaan Bentuk Bau Rasa Warna
- - - -
serbuk
normal (bebas dari bau asing) normal (bebas dari bau asing)
putih, khas terigu 2 Benda asing - tidak boleh ada 3 Serangga dalam semua
bentuk stadia dan potongan-potongannya yang tampak*)
tidak boleh ada
4 Kehalusan, lolos ayakan 212 milimikron
- min. 95 %
5 Air %, b/b maks. 14,5 % 6 Abu %, b/b maks. 0,6 % 7 Protein (N x 5,7) %, b/b maks. 7,0 % 8 Keasaman mg KOH/100g maks. 50/100 g contoh 9 Falling number detik min. 300 10 Besi (Fe) mg/kg min. 50 11 Seng (Zn) mg/kg min. 30 12 Vitamin BB1 (thiamin) mg/kg min. 2,5 13 Vitamin BB2 (riboflavin) mg/kg min. 4 14 Asam folat mg/kg min. 2 15 15.1 15.2 15.3
Cemaran logam Timbal (Pb) Raksa (Hg) Tembaga (Cu)
mg/kg mg/kg mg/kg
maks. 1,10 maks. 0,05 maks. 10
16 Cemaran arsen mg/kg maks. 0,5 17 17.1 17.2 17.3
Cemaran mikroba Angka lempeng total E. coli Kapang
koloni/g APM/g koloni/g
maks. 106 maks. 10 maks. 104
*) Tepung terigu di tingkat produsen
Secara kasat mata telur berwarna putih dan berukuran kecil, diletakkan
oleh serangga betina diantara partikel yang diselubungi oleh cairan perekat se-
hingga partikel makanan menempel (Haines 1991).
-
Tinjauan Pustaka 7
(a)
(b)
Gambar 1. Siklus hidup metamorfosis sempurna ordo Coleoptera (a) dan
morfologi larva, pupa dan dewasa serangga T. castaneum (b) (Haines 1991).
Larva berwarna kuning keputih-putihan dengan ukuran 6 mm, segmen
abdomen terakhir berwarna coklat tua sedikit melengkung dan terpisah dengan
baik, umur stadium larva berkisar 7-8 hari. Larva T. castaneum mempunyai ben-
tuk khas yaitu adanya tonjolan runcing pada ruas terakhir dari abdomen yang
disebut Urogomphi (Syarief & Halid 1993).
Pupa serangga ini berwarna putih kekuning-kuningan dengan panjang 4 mm.
Stadium pupa 6 hari, sedangkan perkembangan telur hingga pupa 23 hari pada
suhu 29 C.
Imago berbentuk pipih panjang tubuhnya 2,3-4,4 mm, berwarna coklat ke-
merahan, 3 segmen terakhir pada antena membentuk gada, mata terbagi oleh suatu
penjuluran dengan 3-4 mata faset. Ukuran skala telur, larva, pupa dan imago dapat
dilihat pada Gambar 2.
-
Tinjauan Pustaka 8
Gambar 2. Ukuran skala telur, larva, pupa dan serangga dewasa Tribolium sp. (Sokoloff 1974).
Faktor-faktor yang mempengaruhi Perkembangan Serangga Tribolium sp.
Pertumbuhan populasi Tribolium castaneum (Herbst) dipengaruhi oleh
banyak faktor seperti antara lain kondisi media dan kanibalisme. Menurut Syarief
& Halid (1993); Haines (1991) mengemukakan bahwa kondisi optimum untuk
perkembangan serangga Tribolium castaneum adalah suhu sekitar 35 C dan ke-
lembaban relatif 75%.
Telur yang dihasilkan oleh serangga betina dipengaruhi oleh suhu tetapi
tidak dipengaruhi kelembaban, serangga dewasa dapat hidup sampai 6 bulan. Pada
suhu 25 C serangga betina bertelur rata-rata 2-5 butir per hari, jumlah ini
meningkat menjadi 11 butir per hari pada suhu 35,5 C. Serangga dewasa melaku-
kan kopulasi dan menghasilkan telur sepanjang waktu hidupnya. Serangga dewasa
bersifat kanibalistik baik pada sesamanya termasuk memakan telurnya maupun
serangga lainnya. Abdelsamad et al. (1987) menyatakan periode total perkem-
bangan serangga dari telur sampai menjadi imago yang optimum adalah pada suhu
35 C yaitu hanya berlangsung 19,1 hari, sedang Howe (1956) dalam Haines
(1991) menyatakan 20 hari.
-
Tinjauan Pustaka 9
Kerusakan yang Ditimbulkan Serangga Tribolium sp
Kerusakan yang ditimbulkan oleh Tribolium castaneum pada tepung terigu
antara lain mengakibatkan bau apek dan tengik yang berasal dari etil quinon yang
dihasilkan oleh kelenjar bau. Aroma etil quinon ini dapat menembus kantong
polietilen dengan tebal 0,075 mm (Grist & Lever 1969).
Terigu yang tiba di pelabuhan sering mengalami penurunan kualitas, se-
perti berkutu atau bau apek akibat distribusi dan transportasi yang relatif lama
sehingga kondisi dan kandungan gizi tepung terigu tersebut menjadi tidak optimal
(Bogasari 2005).
Serangan serangga dapat menimbulkan kerusakan secara langsung dan
tidak langsung. Kerusakan langsung terdiri dari konsumsi bahan yang disimpan,
kontaminasi serangga dewasa, pupa, larva, telur dan kulit serangga. Kerusakan
tidak langsung berupa kenaikan suhu akibat metabolisme serangga disebut hot
spot yaitu area sekitar serangga yang terinfeksi dalam jumlah yang sangat besar
dimana suhunya dapat mencapai 42,2 C. Jika terjadi kenaikan kadar air maka
bahan akan lembab dan lengket, timbul storage fungi, bau apek tetapi apabila
kadar air bahan rendah karena terjadi perpindahan uap air, timbul mikroba lain,
berkurangnya nilai estetis produk (Cotton & Wilbur 1974).
Pertumbuhan Populasi Serangga
Pertumbuhan serangga antara lain ditentukan oleh nutrisi makanan dan
lingkungan. Haines (1991) mengemukakan bahwa pada umumnya, tahap awal
infestasi perkembangan serangga, akan mengikuti pertumbuhan populasi secara
eksponensial. Laju penambahan individu populasi adalah proporsional terhadap
jumlah individu yang ada serta laju kenaikan menjadi lebih besar terhadap waktu,
secara teoritis dapat diilustrasikan pada Gambar 3. Jumlah serangga dalam
pertumbuhan populasi eksponesial terhadap waktu adalah Nt = No.ert dimana Nt
= jumlah serangga setelah t (waktu), No = jumlah serangga awal dan nilai r laju
intrinsik kenaikan populasi. Menurut Hasibuan (1988) konstanta r, di dalam
ekologi, dikenal sebagai laju pertumbuhan populasi intrinsik, sedangkan di dalam
matematika r disebut sebagai parameter persamaan eksponensial. Satuan untuk
konstanta ini ialah jumlah per waktu. Model dengan r > 0 sebagai model pertum-
-
Tinjauan Pustaka 10
buhan eksponensial, sedangkan model dengan r < 0 disebut sebagai model pelu-
ruhan eksponensial.
Gambar 3. Grafik kenaikan pertumbuhan eksponensial populasi serangga (Haines 1991).
Model Kinetika Reaksi Orde Satu
Selama proses pengolahan misalnya secara pemanasan dan pengeringan
pada bahan pangan, akan terjadi perubahan-perubahan sifat fisiko-kimia dan bio-
kimia. Perubahan-perubahan tersebut akibat adanya reaksi dan interaksi di dalam
bahan tersebut. Perubahan tersebut dinyatakan dengan laju reaksi secara matema-
tis ditulis sebagai (dN/dt). Banyak reaksi di alam yang dapat dijelaskan dengan
menggunakan model reaksi orde satu. Model kinetika bentuk sederhana dapat
diaplikasikan dengan memperhatikan asumsi-asumsi tertentu untuk menjelaskan
tingkah laku berbagai perubahan selama pengolahan, misalnya laju inaktivasi
mikroba dan inaktivasi enzim (Hariyadi 2004).
Pertumbuhan populasi serangga secara teoritis akan mengikuti model
eksponensial (Haines 1991). Persamaan tersebut dapat dinyatakan Nt = No.ert
yang artinya bahwa laju pertumbuhan populasi pada waktu t berbanding lurus
dengan ukuran populasi pada waktu t, sedangkan r merupakan konstanta keseban-
dingan. Persamaan pertumbuhan eksponensial adalah persamaan diferensial ordo
satu (Hasibuan 1988).
-
Tinjauan Pustaka 11
Proses perubahan pengolahan laju reaksi merupakan fungsi dari berbagai
variabel reaksi, jika proses reaksi mengikuti reaksi ordo satu, dengan persamaan
reaksi sebagai berikut,
N .r tN - =
(1)
Sifat persamaan Nt = No.ert bergantung pada tanda konstanta, jika r > 0 grafik
naik cekung keatas, r = 0 grafik konstan dan r < 0 grafik turun landai kebawah
(Causton 1993; Spain 1982). Jika dilakukan integrasi terhadap persamaan:
=t
Nt
No0
t .r - tN -
(2)
dengan menggunakan persamaan logaritmik akan menghasilkan persamaan linear
yaitu ln Nt = ln No + kt. (3)
Pengendalian Serangga Tribolium sp dengan Iradiasi
Pengendalian hama pasca panen dapat dilakukan dengan cara fisika, kimia,
biologi dan sistem pengendalian hama terpadu yang mengkombinasikan berbagai
cara pengendalian.
Noemi (1987) melaporkan bahwa perlakuan iradiasi dengan mesin berkas
elektron terhadap serangga hama gudang adalah (1) ketahanan serangga terhadap
radiasi akan meningkat dari stadium telur menjadi dewasa, (2) iradiasi antara
dosis 3 dan 5 kGy dapat membunuh berkembangnya serangga segera setelah
iradiasi, sedang dosis 1 kGy cukup untuk membunuh serangga beberapa hari sete-
lah iradiasi, (3) iradiasi antara dosis 0,2 dan 0,5 kGy telah cukup untuk mengon-
trol sebagian besar kemungkinan berkembangnya serangga dan membu-nuh
serangga setelah beberapa minggu setelah iradiasi, (4) tidak ada perbedaan yang
nyata dosis iradiasi untuk mengontrol infestasi serangga antara berkas elektron
atau sinar gamma [60Co]. Iradiasi dosis 0,4 kGy secara praktis merupakan batas
minimal sterilitas untuk mengontrol setiap tingkat infestasi serangga T. castaneum
pada komoditas gandum, beras, jagung. Sedang Diehl (1990, 1995) menyatakan
bahwa dosis steril untuk serangga jantan dan betina T. castaneum yaitu 0,2 kGy.
Menurut Hayashi et al. (2003), soft-electron (energi rendah berkas elek-
tron) dengan tegangan 60 keV efektif membunuh terhadap telur, larva dan pupa
-
Tinjauan Pustaka 12
red flour beetle (T. castaneum) pada dosis 1 kGy dan 5 kGy untuk serangga dewa-
sa. Noemi (1987) melaporkan dosis radiasi yang digunakan untuk membunuh T.
confusum sebesar 99,9 % telur adalah 0,044 kGy, untuk larva 0,052 kGy, pupa
0,145 kGy dan untuk dewasa 0,120 kGy. Sedang Diehl (1995) mengemukakan
bahwa pada umumnya iradiasi stadium telur lebih sensitif terhadap radiasi dari
pada stadium dewasa sedangkan semua stadium serangga akan mati beberapa hari
setelah mendapat perlakuan iradiasi pada dosis 1-3 kGy
Iradiasi Pangan
Iradiasi adalah suatu istilah yang digunakan untuk pemakaian energi radia-
si secara terukur dan terarah. Jenis iradiasi pangan yang dapat digunakan untuk
pengawetan bahan pangan yaitu radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik
ialah radiasi yang menghasilkan foton yang berenergi tinggi sehingga sanggup
menyebabkan terjadinya ionisasi dan eksistasi pada materi yang dilaluinya. Jenis
iradiasi ini dinamakan iradiasi pengion, contoh iradiasi pengion adalah partikel
alpha (), partikel beta (), dan sinar gamma (). Ditinjau dari sifat radiasinya,
sinar pengion mempunyai beberapa manfaat diantaranya ialah dapat menunda per-
tunasan, memperpanjang umur simpan komoditas pertanian, membunuh serangga,
dekontaminasi kandungan mikroba dan membunuh mikroba patogen.
Sudah lebih dari 46 negara di dunia telah mengizinkan penggunaan tekno-
logi iradiasi, termasuk Indonesia (Diehl 2001). Legalisasi tentang peraturan ma-
kanan iradiasi di Indonesia sudah berlaku sejak tahun 1987, tetapi masih terbatas
pada komoditas tertentu. Adapun landasan peraturan iradiasi pangan saat ini yaitu
Peraturan Menteri Kesehatan RI yaitu Permenkes No: 826/MENKES/PER/XII/
1987 dan diperbaharui pada tahun 1995 yaitu Permenkes No: 152/MENKES/SK/
II/1995. Peraturan tersebut selanjutnya digunakan sebagai bahan acuan dalam
penyusunan Undang-undang Pangan No: 7 tahun 1996. Pengaturan tentang Pela-
belan pangan di Indonesia telah diatur dalam Peraturan Pemeritah RI No: 69 tahun
1999 dan khusus mengenai iradiasi pangan diatur pada pasal 34. Adapun logo
yang menunjukkan produk pangan telah diiradiasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Pada tahun 2004 Badan POM telah mengeluarkan 10 pedoman iradiasi berdasar-
kan kelompok pangan (BPOM 2004a; 2004b; 2004c; 2004d; 2004e).
-
Tinjauan Pustaka 13
Gambar 4. Logo makanan iradiasi.
Sumber Energi Radiasi
Proses yang menggunakan energi radiasi dapat dilakukan dalam fasilitas
radiasi gamma (iradiator) atau dalam radiasi elektron tinggi (akselerator elek-
tron). Radiasi pengion yang terbanyak digunakan adalah sinar (gamma). Sinar
gamma merupakan gelombang pendek yang disebut sinar piko dengan daya
penetrasi yang sangat kuat. Sumber radiasi sinar gamma berasal salah satunya dari
radionuklida kobalt-60 [60Co]. Kobalt-60 dibuat dalam reaktor atom dengan cara
menembak Kobalt-59 yang diperoleh dari alam dengan iradiasi sinar neutron yang
dilakukan di reaktor. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut : 59Co27 + 1N0 60Co27 + sinar
Sumber radiasi yang umum digunakan ada 2 macam yaitu radionuklida
dan mesin berkas elektron cepat. Radionuklida [60Co] dengan energi sinar gamma
1,17 MeV dan 1,33 MeV serta [137Cs] dengan energi 0,66 MeV merupakan 2 jenis
isotop radioaktif yang dapat dimanfaatkan secara komersial. Untuk sinar X dibata-
si energinya sampai dengan 5 MeV dan mesin berkas elektron dibatasi dengan
energi maksimal 10 MeV (Diehl 1995).
Berdasarkan jenis radiasi pengion yang umum digunakan untuk pengawet-
an makanan ada dua yaitu sinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklida
[60Co] dan [137Cs]. Keduanya merupakan gelombang elektromagnetik dengan
panjang gelombang pendek sekitar 10-9 m. Berkas elektron: dihasilkan oleh mesin
berkas elektron yang terdiri dari partikel-partikel bermuatan listrik. Kedua jenis
radiasi pengion ini memiliki pengaruh yang sama terhadap makanan dan perbeda-
an keduanya adalah pada daya tembusnya. Sinar gamma mengeluarkan energi
sebesar 1 MeV untuk dapat menembus air dengan kedalaman 20-30 cm, sedang
-
Tinjauan Pustaka 14
berkas elektron mengeluarkan energi sebesar 10 MeV untuk menembus air seda-
lam 3,5 cm (Diehl 1990, 1995).
Aplikasi mesin berkas elektron di bidang pangan, dibatasi energinya yaitu
maksimum 10 MeV. Berdasarkan tingkat energinya yang dimiliki, MBE dapat
digolongkan ke dalam 3 kategori yaitu elektron energi rendah (low energy
eccelerators/soft-electrons: 150 keV2 MeV), elektron energi sedang (medium
energy accelerators : 2,58 MeV) dan energi tinggi (high energy accelerator: > 9
MeV) (Irawati 2005)
Perbedaan karakteristik radiasi berkas elektron dan sinar gamma [60Co]
disajikan pada Tabel 2. Semakin tinggi energi berkas elektron, semakin tinggi
pula daya penetrasinya. Elektron dipercepat akan berkurang energinya setelah
menembus bahan pada kedalaman tertentu. Pada Gambar 5 disajikan hubungan
energi dan penetrasi atau disebut kurva distribusi dosis-kedalaman penetrasi
(depth dose distribution) dengan variasi energi untuk masing-masing sumber
listrik dan radionuklida (Danu 2004; Diehl 1995). Kurva ini dipakai untuk menen-
tukan hubungan kedalaman penetrasi dalam bahan dengan dosis relatif.
Tabel 2. Karakteristik radiasi berkas elektron dan sinar gamma [60Co]
Berkas elektron Sinar gamma [60Co]
- Jenis radiasi a)
- Energi a)
- Daya tembus a)
- Operasi a)
- Shielding a)
- Efek pada organismeb)
- Kecepatan dosis b)
- Kapasitas b)
- Kerusakan bahan b)
- Keseragaman dosis b)
- Densitas bahan b)
Partikel elektron
Puluhan keV - maks 10 MeV
Rendah
Dapat dihidupkan / dimatikan
Tipis / sederhana
Sama
Tinggi
Tinggi
Rendah
Tinggi
Rendah (< 0,2)
Gelombang ektromagnetik
1,17 dan 1,33 MeV
Sangat tinggi
Meluruh permanen
Tebal / kompleks
Sama
Rendah
Rendah
Lebih tinggi
Rendah
Tinggi (>0,2)
Keterangan : a) Danu (2004) dan b) Hilmy (1995)
-
Tinjauan Pustaka 15
Kurva distribusi dosis kedalaman penetrasi pada suatu bahan dapat dibuat
dengan dosimetri menggunakan dosimeter film cellulose triacetate (CTA). Pene-
trasi radiasi dipengaruhi densitas bahan. Semakin tinggi densitas bahan, semakin
rendah penetrasi elektron dan demikian pula sebaliknya. Untuk meningkatkan
kedalaman penetrasi, iradiasi dapat dilakukan pada 2 sisi yaitu dengan membalik
bahan yang diiradiasi. Pada Gambar 6 disajikan kurva distribusi dosis-kedalaman
penetrasi di air jika suatu bahan diiradiasi pada 2 sisi (Danu 2004; Diehl 1990;
NHV 1983).
( a ) ( b )
Gambar 5. Kurva distribusi dosis-kedalaman penetrasi a) Berkas elektron dengan variasi energi; b) Radiasi gamma dari [60Co] dan [137Cs] (Diehl 1990).
( a ) ( b )
Gambar 6. Kurva distribusi dosis-kedalaman penetrasi pada iradiasi 2 sisi dengan
radiasi gamma [60Co]; b) dengan 10 MeV elektron (Diehl 1990).
-
Tinjauan Pustaka 16
Sumber radiasi ionisasi sinar gamma, sinar X dan elektron dalam apli-
kasinya terhadap bahan pangan akan memberikan efek yang sama selama energi
yang diberikan sama, tetapi dari ketiga sumber tersebut akan berbeda terhadap
waktu proses selama iradiasi. Menurut NHV (1983) mengemukakan bahwa berkas
elektron mempunyai keunggulan dalam waktu, misalnya dosis 100 kGy waktu
iradiasi yang dibutuhkan sinar gamma dari [60Co] dapat membutuhkan waktu
sampai beberapa hari, sedang sinar X dapat dilakukan beberapa jam, tetapi dengan
elektron cepat hanya dengan beberapa detik saja. Menurut Don Park & Vestal
(2003) mesin berkas elektron dapat memproduksi elektron cepat sekitar (190.000
miles/detik) dan merupakan sumber energi yang dapat dengan mudah dimatikan
dan dihidupkan. Jika dibandingkan dengan sinar gamma dan sinar X, berkas elek-
tron dibatasi dengan perlakuan kemasan yang relatif tipis dikarenakan penetrasi
yang rendah.
Status sumber radiasi yang sudah diaplikasikan di Indonesia untuk makan-
an iradiasi yang ada sampai saat ini, adalah sumber radiasi yang berasal dari
radionuklida [60Co]. Akan tetapi mesin berkas elektron sebagai sumber radiasi
pengion memiliki peluang untuk dikembangkan di Indonesia sebagai saran penga-
wetan makanan (Tanhindarto 2003).
Mesin Berkas Elektron (MBE) 350 keV/10 mA
Mesin berkas elektron adalah seperangkat alat pemercepat elektron yang
dapat menghasilkan radiasi berkas elektron secara kontinyu dan dapat digunakan
sebagai sumber radiasi pengion. Sumber radiasi yang digunakan dalam penelitian
adalah mesin berkas elektron 350 keV-10 mA yang berlokasi di Pusat Teknologi
Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB) BATAN di Yogyakarta. Rancang bangun
mesin berkas elektron berenergi rendah ini sudah mempunyai ijin operasional dari
lembaga yang berwenang yaitu BAPETEN. Alat MBE tersebut dirancang dengan
energi 350 keV / 10 mA dan telah diresmikan oleh Menteri Riset dan Teknologi
pada tanggal 16 Desember 2003.
Klasifikasi MBE dibedakan berdasarkan pada tingkat energi yang
tergolong mesin berkas elektron energi rendah (kurang dari 500 keV) dengan DC
-
Tinjauan Pustaka 17
power supply tipe Cockcroft-wolton. Blok diagram dari MBE 350 keV/10 mA
dapat dilihat pada Gambar 7.
Keterangan gambar:
1. Sumber tegangan tinggi 6. Jendela pemayar 2. Sumber elektron (Electron gun) 7. Pompa turbo 3. Tabung akselerator 8. Sumber tegangan terisoler 4. Magnet pemayar 9. Pompa rotari 5. Tabung pemayar 10. Konveyor
Gambar 7. Blok diagram mesin berkas elektron tipe BA 350 keV/10 mA (Suhartono 2004).
Prinsip kerja MBE 350 keV/10 mA secara umum adalah elektron yang
dipancarkan dari filamen (dari bahan tunsten) yang dipanaskan dalam ruang
vakum tinggi oleh catu daya listrik. Elektron diarahkan dan difokuskan oleh
medan listrik, dipercepat oleh tegangan tinggi pada tabung pemercepat, kemudian
dipayarkan kedalam tabung pemayar oleh medan magnet dan menembus jendela
tipis (window foil) ke atmosfir yang menghasilkan berkas elektron berenergi
tinggi (Suhartono 2004).
-
Tinjauan Pustaka 18
Dosis Radiasi
Satuan dosis radiasi mulanya diberi nama rad tetapi selanjutnya digunakan
Satuan Internasional (SI) yang diberi nama Gray (Gy), 1 Gy = 100 rad atau
Joule/kg.
Sesuai dengan tujuan iradiasi dapat dikategorikan ke dalam 3 kelompok
ialah dosis rendah (< 1 kGy), sedang (1-10 kGy) dan tinggi (10-50 kGy). Tabel 3
menunjukkan persyaratan dosis iradiasi yang dibutuhkan untuk mengiradiasi jenis
pangan tertentu.
Tabel 3. Persyaratan dosis dalam berbagai penerapan iradiasi pangan a).
No.
TUJUAN
DOSIS ( kGy )
PRODUK
1
DOSIS RENDAH ( s/d. 1 kGy ): - Pencegahan pertunasan - Pembasmian serangga dan parasit - Perlambatan proses fisiologis
0.05 - 0.15
0.15 - 0.50
0.50 - 1.00
Kentang, bawang putih, bawang bombay, jahe, dll Serealia dan kacang-kacangan, buah segar dan kering, ikan, daging kering. Buah-buahan dan sayuran segar
2
DOSIS SEDANG (1-10 kGy ) : - Perpanjangan masa simpan - Pembasmian mikroorganisme perusak dan patogen - Perbaikan sifat teknologi pangan
1.00 - 3.00
1.00 - 7.00
2.00 - 7.00
Ikan, arbei segar, dll Hasil laut segar dan beku, daging, daging unggas segar/beku, dll Anggur (meningkatkan sari), sayuran kering (mengurangi waktu pemasakan)
3
DOSIS TINGGI *) ( 10-50 ) kGy : - Pensterilan - industri (kombinasi dengan panas sedang) - Pensterilan bahan tambahan makanan
tertentu dan komponennya
30 - 50
10 - 50
Daging, daging unggas, hasil laut, makanan siap saji, makanan steril Rempah - rempah, sediaan enzim, gum alami, dll
Keterangan : *) Komisi Codex Alimentarius Gabungan FAO/WHO menyetujui penggunaan dosis ini, sejak bulan Maret 2003 (IAEA 2004), dengan catatan hanya digunakan berdasarkan legitimasi sesuai dengan kebutuhan teknologi yang ditujukan untuk higiene pangan.
a) WHO (1988) dan IAEA (2004).
-
Tinjauan Pustaka 19
Dosimetri
Dosimetri merupakan suatu metode pengukuran dosis serap (absorbsi)
radiasi terhadap produk dengan teknik pengukuran yang didasarkan pada pengu-
kuran ionisasi yang ditimbulkan akibat radiasi menggunakan dosimeter (IAEA
2002; McLaughlin et al. 1989). Menurut Tanaka (1977) dan McLaughlin et al.
(1989) mengemukakan dosimeter CTA film merupakan sistem dosimetri yang
direkomendasikan untuk sinar gamma dan elektron. Dosimeter ini merupakan
dosimeter rutin dan digunakan pada kisaran antara 10-150 kGy. Adapun prinsip
dari dosimeter CTA film adalah mengukur perubahan optical density (OD) per unit
dosis. Sundardi (1976) mengemukakan bahwa film selulosa triasetat (STA) dapat
dipergunakan sebagai dosimeter elektron dan gamma pada kecepatan dosis yang
tinggi tetapi pada kecepatan dosis yang rendah diperlukan beberapa koreksi.
Dosimeter film selulose tri-asetat menyerap sinar ultra violet (UV) pada daerah
panjang gelombang antara 253 dan 313 m. Sunaga (1994) telah mengembangkan
dosimetri menggunakan Grafchromic film dosimeter untuk proses sterilisasi dan
pengawetan makanan dengan sumber berkas elektron (0,12-3 MeV) dan pengu-
kuran energi elektron secara simultan.
Farrar (2000) mengemukakan bahwa sampai saat ini sudah tersedia 20
international standar organization (ISO) dosimetri untuk proses radiasi, dan
beberapa diantaranya telah memenuhi standar ISO yaitu ASTM E1204-93 untuk
dosimetri fasilitas sinar gamma untuk proses makanan, penggunaan dosimeter
alanin dengan alat ukur electron paramagnetic resonance (EPR) yaitu ASTM
E1607-94, dan untuk dosimetri fasilitas proses radiasi mesin berkas elektron
(MBE) energi 300 KeV-25 MeV dan 80-300 keV masing-masing adalah
ASTM1649-94 dan ASTM1818-96.
Fasilitas Radiasi
Fasilitas radiasi adalah sarana proses yang menggunakan energi radiasi,
biasanya dilakukan dalam fasilitas radiasi gamma (Iradiator) atau dalam fasilitas
radiasi energi tinggi (akselerator elektron). Tanhindarto & Sudrajat (2004) untuk
memproduksi makanan iradiasi yang diawetkan melalui proses radiasi yang
dilakukan di iradiator, ada beberapa pihak yang bertanggung jawab dalam suatu
-
Tinjauan Pustaka 20
kegiatan proses produksi yaitu produsen bertanggung jawab atas kualitas produksi
termasuk keamanan pangan dan sterilitasnya, sedang fasilitas radiasi bertanggung
jawab akan ketepatan dosis radiasi yang harus diterima pada bahan yang di-
iradiasi.
Interaksi Radiasi Pengion dengan Bahan
Interaksi radiasi pengion dengan bahan adalah terjadinya pemindahan
energi partikel melalui tumbukan dengan muatan di dalam bahan dan penurunan
intensitas gelombang elektromagnetik ketika melewati bahan. Energi yang dipin-
dahkan kepada bahan menimbulkan ionisasi dan eksitasi. Secara skematik inte-
raksi radiasi berkas elektron dan sinar gamma dengan bahan, dapat digambarkan
seperti pada Gambar 8. Ionisasi adalah pelepasan elektron dari orbit atomnya
akibat adanya energi dari luar. Eksistasi adalah pemindahan elektron ke tingkat
orbit yang lebih tinggi jika diberi energi dari luar. Interaksi sinar gamma, sinar X
dan berkas elektron pada bahan akan tergantung pada energinya, ada tiga kemung-
kinan yang dapat terjadi yaitu interaksi photoelektrik, interaksi compton, dan
produksi pasangan ion. Menurut Diehl (1995) dari ketiga interaksi yang paling
dominan pada iradiasi makanan adalah interaksi compton. Pelepasan elektron
karena interaksi compton ini sudah cukup menyebabkan terjadinya ionisasi.
Gambar 8. Interaksi radiasi dengan materi a) Radiasi elektron; b) Radiasi sinar gamma atau X (Diehl 1995).
-
Tinjauan Pustaka 21
Noemi (1987) mengemukakan bahwa radiasi ionisasi akan menyebabkan
dua efek biologi pada serangga yaitu letalitas dan sterilitas. Efek letal menyebab-
kan kematian serangga dalam periode waktu yang bergantung pada besarnya dosis
radiasi. Sedang sterilitas akan menyebabkan hilangnya kemampuan bereproduksi
meskipun serangga masih hidup dalam beberapa minggu.
Menurut Sutrisno (2004) menyatakan bahwa ada dua teori interaksi
dengan materi biologi ada 2 yaitu hit theory dan indirect hit theory. Teori yang
pertama yaitu radiasi langsung menghantam materi yang dilaluinya dan yang
kedua yaitu terjadinya radikal bebas reaktif yang dapat merusak materi yang
dilalui. Dari interaksi antara radiasi dan materi hidup terjadilah efek biologi.
Brown (1973) menyatakan efek biologi dari interaksi radiasi dan materi dapat
dikelompok menjadi 4 yaitu :
1. Acute (efek yang cepat terjadi dalam kurun waktu jam, hari atau minggu),
2. Delayed (efek yang tampak dalam kurun waktu bulan atau tahun),
3. Genetic (efek yang tampak hanya pada keturunan),
4. Foetal (efek yang terjadi pada embrio yang diiradiasi).
Teknik pengendalian hama dengan iradiasi yang dikenal dengan teknik
serangga mandul (TSM) merupakan faktor yang dianggap menyebabkan keman-
dulan pada serangga iradiasi. Bila dosis iradiasi yang digunakan cukup tinggi akan
menyebabkan kematian serangga. Dosis radiasi ini yang selanjutnya digunakan
sebagai acuan dosis disinfestasi radiasi serangga hama gudang untuk tujuan
pengawetan bahan pangan pasca panen Sutrisno (2004).
Soegiarto (1970) mengemukakan ada dua mekanisma kerusakan akibat
radiasi pada serangga yaitu kerusakan intraseluler dimana radiasi mengion meng-
ganggu perjalanan normal proses mitosis dan besar kecilnya gangguan pada
mitosis bergantung pada tingkat mana proses berlangsung ketika menerima penyi-
naran. Kedua, kerusakan besar (gross injury) pada tubuh serangga akan mengikuti
hukum Bergonie-Tribondeau (1906) yaitu bahwa kepekaan sel terhadap radiasi
berbanding lurus dengan keaktifan bereproduksinya dan berbanding terbalik ter-
hadap tingkat differensiasinya.
Radiasi pengion dapat memberikan efek nyata pada asam nukleat yang
ditandai oleh adanya perubahan pada basa dan pirimidin, kerusakan pada struktur
-
Tinjauan Pustaka 22
glikosida. Efek radiasi pada asam deoksiribonukleat (DNA) dapat memberikan
kontribusi yang penting pada pengawetan makanan karena dapat mengakibatkan
inaktivasi mikroorganisme, disinfestasi serangga, penghambatan pertunasan dan
penundaaan kematangan pada buah (Sofyan 1994, 1985)
Prinsip Iradiasi Pangan
Jenis iradiasi pangan yang dapat digunakan untuk pengawetan bahan
pangan yaitu radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik ialah radiasi yang
menghasilkan foton yang berenergi tinggi sehingga sanggup menyebabkan terjadi-
nya ionisasi dan eksistasi pada materi yang dilaluinya. Iradiasi ini dinamakan
iradiasi pengion, contoh iradiasi pengion adalah partikel alpha (), partikel beta
(), dan sinar gamma (). Di antara radiasi pengion tersebut yang terbanyak digu-
nakan adalah sinar gamma (). Adapun prinsip pengawetan bahan pangan dengan
iradiasi secara umum dapat dilihat pada Gambar 9.
Radiolisis Air
Air merupakan komponen yang paling utama pada bahan pangan, molekul
air akan terserap pertama kali terhadap energi ionisasi dan terbentuk radikal
dengan perubahan muatan positif, tanda titik (dot) ion positif air dinyatakan
sebagai radikal bebas dengan tanda tunggal pada bentuk formula tanpa memperli-
hatkan elektron. (CAST 1989).
H2O + energi ionisasi H2O+ + e-
Menurut Diehl (1995) air terdapat pada setiap bahan pangan terutama bahan
makanan segar. Oleh karena itu, radiolisis air perlu mendapat perhatian dalam
iradiasi makanan. Produk radiolitik air secara umum yaitu :
OH radikal hidroksil
e-aq elektron aqueous terlarut (solvated atau hydrated)
H radikal atom hidrogen
H2 hidrogen
H2O2 hidrogen peroksida
H3O+ solvated proton (hydrated)
-
Tinjauan Pustaka 23
sedang menurut ODonnell & Sangter (1970) mungkin juga terbentuk H2O* dan
H3O dan reaksinya sangat cepat dengan waktu sekitar 10-8 detik, tetapi Swallow
dalam Elias & Cohen (1977) melaporkan bahwa pengaruh energi gamma, sinar X
dan elektron cepat terhadap air murni akan terjadi melalui persamaan sebagai
berikut:
H2O 2,7 OH + 2,7 e-aq + 0,55 H + 0,45 H2 + 0,71H2O2 + H3O+ dimana angka disebelah kanan dari persamaan menunjukkan nilai G energi radiasi
tidak lebih dari 0,1 MeV.
Sumber Radiasi
[60Co], [137Cs], Mesin sinar X atau Akselerator elektron
Sinar gamma ( ), Sinar X atau Elektron cepat
Sel hidup
- Ionisasi - Eksitasi
Reaksi kimia
Efek biologi
- Menghambat pertunasan - Disinfestasi serangga,
- Menunda proses pematangan - Membunuh parasit, Mikroorganisme, dan mikroba patogen
Gambar 9. Skema prinsip pengawetan bahan pangan dengan iradiasi.
-
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bahan Pangan Bidang Proses
Radiasi Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN Jakarta,
Bidang Akselerator Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB)
BATAN Yogyakarta dan Southeast Asian Food and Agricultural Science and
Technology (SEAFAST) Center Institut Pertanian Bogor (IPB). Penelitian ini ter-
diri dari dua tahap yaitu penelitian pendahuluan dan utama. Penelitian pendahulu-
an dilaksanakan dari bulan Oktober-November 2004 dan penelitian utama dari
bulan Juli 2005 - Maret 2006.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tepung terigu dan
serangga uji T. castaneum yang diperoleh dari Laboratorium Pest and Diseases
Management SEAMEO-BIOTROP Bogor. Bahan kimia yang diperlukan dalam
penelitian ini terdiri dari alanin, FeSO4, H2SO4, cellulose triacetate (CTA) film
merk fuji film buatan Jepang, dosimeter penanda merk Etigam b.v buatan
Belanda, alkohol, akuades dan bahan penunjang yang diperlukan meliputi kain
jaring serangga, toples, botol serangga, saringan, kaca pembesar, plastik poli-
etilen.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Iradiator Gamma
Chamber 4000A, Iradiator Panorama Serbaguna (IRPASENA) sebagai sumber
radiasi sinar gamma dari radioisotop [60Co] dan mesin berkas elektron (MBE) 350
keV 10 mA sebagai sumber radiasi sinar berkas elektron. Kedua sumber radiasi
ini digunakan untuk mengiradiasi sampel. Alat ukur CTA reader dan Spectro-
photometer merk Spectronic digunakan untuk mengukur dosimetri. Analisis
radikal dari dosimeter alanin dan tepung terigu setelah iradiasi dari radioisotop
[60Co] dan MBE menggunakan electron spin resonance (ESR) JEOL model JES-
RE1X merk Shimadzu buatan Jepang, timbangan neraca, alat gelas dan alat
penunjang lainnya. Gambar peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini
dapat dilihat pada Lampiran 1.
-
Bahan dan Metode Penelitian 25
Metode Penelitian
Metode yang diterapkan pada penelitian ini mengacu pada justifikasi dari
tujuan yaitu teknik optimasi iradiasi mesin berkas elektron terhadap ketebalan
tepung terigu dan dosis radiasi sinar gamma untuk disinfestasi pada larva, pupa,
dan serangga dewasa (imago) T. castaneum. Sebelum dioperasikan untuk kegiatan
penelitian sumber radiasi mesin berkas elektron terlebih dahulu dilakukan tahapan
optimasi terhadap karakteristik iradiasi berkas elektron seperti tegangan, arus ber-
kas, kecepatan konveyor, jarak target antara pemayar (windows) dengan sampel,
sehubungan dengan penetrasinya kedalam sampel yang berbentuk bubuk. Pene-
rapan iradiasi MBE terhadap dosis disinfestasi serangga dewasa T. castaneum
akan mengacu pada iradiasi sinar gamma. Luarannya meliputi tebal sampel, cara
iradiasi (pass), posisi iradiasi dan arus berkas dari mesin berkas elektron yang
ditentukan dari dosimetri.
Tahap dan luaran dari kegiatan penelitian ini mencakup informasi teknis
penguasaan teknologi aplikasi iradiasi mesin berkas elektron (MBE) untuk
disinfestasi serangga dewasa T. castaneum, sedang tahap penelitian dan luaran
yang diharapkan dari tahap-tahap penelitian tersebut, dapat digambarkan di dalam
diagram yang tertera pada Gambar 10.
Penelitian Pendahuluan : Proses Radiasi Mesin Berkas Elektron terhadap Tepung Terigu
Persiapan sampel. Sampel dirancang dengan menghitung ketebalan dan
densitasnya berdasarkan asumsi daya tembus energi yang dihasilkan mesin berkas
elektron dengan luasan tetap.
Persiapan alat mesin berkas elektron 350 keV, 10 mA. Tahapan ini untuk
mendapatkan informasi kinerja alat mesin berkas elektron berupa tegangan, arus
berkas, kecepatan konveyor, jarak pemayar ke target termasuk peta dan efisiensi
daerah isodosis iradiasi.
Dosimetri. Pengukuran dosis serap yang akan digunakan dalam penelitian
dan dibuat kurva kalibrasi hubungan intensitas signal radikal dosimeter alanin dan
optical density (OD) dari CTA film terhadap dosis serap.
-
Bahan dan Metode Penelitian
26
-
Bahan dan Metode Penelitian 27
Penelitian Tahap I
Uji coba iradiasi mesin berkas elektron dan justifikasi dari hasil perhitungan
teoritis (tebal sampel dan penetrasi berkas elektron), serta arus berkas dari mesin
berkas elektron terhadap dosis serap dari kurva kalibrasi dosimeter.
Adapun rancangan percobaan yang digunakan ada 2 faktor perlakuan yaitu
faktor tebal sampel tepung terigu dan cara iradiasi (pass). Untuk masing-masing
faktor perlakuan meliputi :
1. Fakor tebal tepung terigu (A) ada 5 taraf (1000; 800; 600; 400; 200) m
2. Faktor cara iradiasi (pass) ada 4 taraf masing-masing dari (0, 1, 2, 3) pass
Iradiasi MBE dengan kondisi tegangan (300 kV), arus berkas (550 A), kecepatan
konveyor (4 cm/detik), jarak pemayar ke target 20 cm. Skematik penelitian tahap I
proses radiasi MBE terhadap tepung terigu dapat dilihat pada Gambar 11.
Pengamatan. Pengamatan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan
posisi iradiasi yang berkaitan dengan tebal sampel terhadap penetrasi sinar berkas
elektron yang diterima :
1. Pengamatan dosimetri terhadap proses radiasi MBE dilakukan dengan
dosimeter CTA film (Tanaka et al. 1977; IAEA 2002; McLaughlin et al. 1989)
dengan alat ukur CTA Reader dan alanin dosimeter (Sudiro 1991; Sudradjat et
al. 1998) dengan alat ukur electron spin resonance (ESR).
2. Interaksi berkas elektron pada tepung terigu akan tergantung pada energi yang
diberikan dan diamati radikal bebas alanin dan tepung terigu dengan alat ukur
electron spin resonance (ESR).
Analisis Data. Dari hasil pengamatan dilakukan analisis data sebagai
berikut:
1. Hasil pengukuran dosimetri yang dilakukan selama proses radiasi MBE akan
diperoleh kurva kalibrasi dan kondisi MBE meliputi tegangan, arus berkas,
kecepatan konveyor dan jarak pemayar ke target.
2. Data dari perubahan tingkat iradiasi arus berkas untuk alanin dan tepung terigu
dibuat plot data antara intensitas signal electron spin resonance (ESR) terha-
dap pass dan tebal tepung terigu.
-
Bahan dan Metode Penelitian 28
Tepung terigu dengan variasi tebal
(1000; 800; 600; 400; 200) m
Proses radiasi
- Tegangan (300 kV) - Arus berkas (550 A) - Kecepatan konveyor (4 cm/detik) - Jarak pemayar ke target 20 cm
Pengamatan
Interaksi iradiasi sampel
Analisis Data
Interpretasi Data
Gambar 11. an penelitian tahap I
800 400 200 600 1000
Cara iradiasi - 0 pass - 1 pass - 2 pass - 3 pass
Diagram alir pelaksana
-
Bahan dan Metode Penelitian
29
Penelitian Tahap II: Aplikasi Radiasi Pengion untuk Disinfestasi Serangga T. castaneum
Penelitian tahap II i eberapa tahap yaitu dimulai
engan pembiakan serangga, kemudian diiradiasi menggunakan radiasi pengion
inar gamma dengan berbagai stadium larva, pupa dan dewasa, serta berkas elek-
an Pembiakan serangga. Serangga diperoleh dari Laboratorium
Pes an
suhu kamar
sekitar
P
wadah, kemudian diiradi-
rendah dan IRPASENA
untuk
kur dosis serap sesuai dengan dosis radiasi yang direncanakan.
ni dilakukan dalam b
d
s
tron dari MBE pada stadium dewasa untuk mendapatkan dosis letal.
Persiap
t d Diseases Management SEAMEO-BIOTROP Bogor. Pembiakan serang-
ga T. castaneum dilakukan dalam toples kaca ditutup dengan kain jaring serangga,
dengan media biakan tepung terigu yang terlebih dulu disterilkan dengan pema-
nasan pada suhu sekitar 70 C selama 2 jam, kemudian disimpan pada
28 C. Adapun kriteria serangga uji yang akan digunakan ialah stadium
larva pada kondisi instar 2-3, stadium pupa masih berwarna putih dan serangga
dewasa umur 7-14 hari dengan ukuran 3-4 mm, warna merah sampai coklat tua.
Aplikasi iradiasi dosis disinfestasi serangga T. castaneum. Dosis disin-
festasi serangga didasarkan pada dosis sinar gamma, kemudian diterapkan pada
berkas elektron. Ada 2 sumber radiasi yang digunakan yaitu sinar gamma dari
radioisotop [60Co] dan berkas elektron dari alat MBE.
Iradiasi dengan sinar gamma dari radioisotop [60Co]
erlakuan iradiasi dengan sinar gamma dari radioisotop [60Co] terhadap se-
rangga T. castaneum dilakukan pada kisaran dosis disinfestasi sampai mati (mor-
talitas) 100%. Metoda penelitiannya yaitu masing-masing sebanyak 40 ekor se-
rangga uji larva, pupa dan imago ditempatkan ke dalam
asi di iradiator gamma chamber 4000 A untuk dosis
dosis sedang. Variasi dosis radiasi dilakukan sebanyak 5 taraf. Unit perco-
baan dosis rendah 0,1-0,5 kGy dengan interval dosis 0,1 kGy yaitu 0,1; 0,2; 0,3;
0,4 dan 0,5 kGy. Untuk dosis sedang 1-5 kGy dengan interval dosis 1 kGy yaitu 1,
2, 3, 4 dan 5 kGy. Laju dosis dari sumber radiasi sinar gamma yang digunakan 1,2
kGy/jam. Tahapan tersebut dilakukan pula terhadap kontrol dengan ulangan
masing-masing 3 kali. Sebelum dioperasikan untuk kegiatan proses radiasi sumber
radiasi sinar gamma terlebih dahulu dilakukan tahapan dosimetri dengan mengu-
-
Bahan dan Metode Penelitian 30
Iradiasi dengan berkas elektron dari alat MBE 350 keV, 10 mA
Percobaan iradiasi dengan berkas elektron dari alat MBE ditujukan pada
efektivitas arus berkas terhadap pertumbuhan populasi serangga T. castaneum.
Metode penelitian yang digunakan ialah 40 ekor serangga dewasa, kemudian
diinfestasikan ke dalam tepung terigu dengan berat 50 dan 100 g untuk masing-
masing tebal 800 dan 1600 m. Lalu ditempatkan ke dalam wadah plastik
an percobaan
didasar
Ting
0, 500) A.
asi serangga dewasa
n data penelitian adalah menghitung jumlah
nit percobaan-
an sam-
iradiasi dapat dilihat pada Gambar 13.
Berdasarkan model
pertum
aan regresi meng-
gunaka
polietilen (PE) dan diiradiasi dengan mesin berkas elektron. Rancang
kan dari justifikasi analisis statistik hasil penelitian tahap I. Percobaan
dilakukan dengan 3 kali ulangan dan dilakukan juga terhadap kontrol.
Adapun rancangan percobaan yang digunakan ada 3 faktor perlakuan
meliputi :
1. Fakor tebal sampel (A) ada 3 taraf (0, 800 dan 1600) m
2. Faktor posisi iradiasi (B) ada 2 taraf (satu sisi permukaan dan dua sisi
permukaan yang berlawanan)
3. Faktor dosis radiasi (kGy) (C) dari hasil pengukuran dosimetri.
kat dosis radiasi dengan arus berkas ada 6 taraf yaitu (0, 100, 200,
300, 40
Skematik penelitian tahap II proses radiasi disinfest
dengan MBE dapat dilihat pada bagan Gambar 12 berikut ini.
Pengamatan. Pengambila
serangga dewasa yang hidup setiap 1-2 hari untuk masing-masing u
nya. Serangga uji diamati sampai 46 hari penyimpanan. Ruang penyimpan
pel serangga uji setelah
Analisis Data. Data dianalisis dengan membuat grafik persamaan regresi
pertumbuhan populasi serangga yang hidup terhadap waktu.
buhan populasi serangga akan diperoleh nilai konstanta laju dosis radiasi
atau arus berkas akan menyebabkan perubahan waktu bertahan hidup siklus radia-
si, maka akan diperoleh sensitivitas kehidupan serangga uji terhadap perlakuan
dosis radiasi atau arus berkas elektron. Komputasi data persam
n program paket Excel.
-
Bahan dan Metode Penelitian 31
Tepung terigu dengan variasi ketebalan : (A) Tanpa tepung terigu + infestasi seranggaa) (B) Tebal tepung terigu 800 m + infestasi serangga
(C) Tebal tepung terigu 1600 m + infestasi serangga
- Jarak sampel dari pemayar ke target 20 cm
Proses Radiasi
- Tegangan (300 kV) - Arus berkas (100, 200, 300, 400, 500) A - Kecepatan konveyor (4 cm/detik)
Pengamatan Pertumbuhan populasi seranggab)
Analisis Data
Keterangan :a) Jumlah infestasi serangga dewasa T. castaneum (serangga jantan dan betina dianggap seimbang). b) Dihitung jumlah serangga hid p d mati 100% yaitu anggota badan serangga seperti badan, antene, kaki, sayap tidak bergerak; anggota badan bila disentuh secara fisik dan diberi respon tidak bergerak serta penampakan serangga dewasa kering.
ambar 12. Diagram alir pelaksanaan penelitian tahap II
Interpretasi Data
yaitu 40 ekor
yang u kriteria serangga ujian
G
Posisi Iradiasi - 1 sisi p- 2 sisi permukaan yang berlawanan
ermukaan
Cara Iradiasi - 0 pass - 1 pass
-
Bahan dan Metode Penelitian 32
Gambar 13. Ruang penyimpanan sampel serangga uji
Evaluasi Data. Pada umumnya pertumbuhan populasi serangga secara
teoritis akan mengikuti model eksponesial yaitu Nt = No.ekt. Model pertumbuhan
eksponensial dengan nilainya k < 0 disebut juga sebagai model peluruhan ekspo-
ensial. Model perluruhan eksponensial meramalkan bahwa populasi akan mati,
karena :
lim N(t) = lim N (0) e k t = 0, untuk k < 0
uji. Dosis radiasi merupakan stimulus dan serangga uji sebagai subyek.
Stimulus d as tertentu yaitu
dari stimulus yang dinyatakan dalam satuan kGy
dari r
n
t t
Evaluasi data didasarkan pada efektivitas dosis radiasi terhadap pertumbuh-
an populasi serangga uji yang menyatakan hubungan jumlah populasi serangga uji
terhadap waktu siklus radiasi. Ada dua komponen penting yaitu dosis radiasi dan
serangga
iberikan pada subyek dalam dosis radiasi atau arus berk
intensitas pengukuran ionisasi
adionuklida [60Co] dan arus berkas (A) dari MBE. Sebagai akibat adanya
pemberian iradiasi