Perpustakaan Digital ITB

Produksi tomat di Indonesia mencapai 1,15 juta ton pada 2024 dengan tren yang terus meningkat. Walaupun demikian, potensi ekonomi dari komoditas ini masih terkendala oleh tingginya angka kehilangan pascapanen. Secara fisiologis, penyebab utamanya adalah percepatan pematangan buah akibat akumulasi gas etilen di dalam ruang kemasan. Pengendalian gas etilen telah menjadi strategi utama dalam mempertahankan kualitas produk hortikultura. Namun, penjerap etilen (ethylene scavenger) konvensional berbasis oksidasi masih terkendala biaya produksi tinggi dan isu keamanan pangan. Di sisi lain, proses budidaya tomat menghasilkan limbah biomassa lignoselulosa yang sangat melimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal. Menjawab tantangan tersebut, penelitian ini menerapkan pendekatan ekonomi sirkuler yang mengintegrasikan upaya perlindungan kualitas produk hortikultura dengan strategi valorizasi limbah pertanian. Secara spesifik, penelitian ini bertujuan mengembangkan sistem kemasan penjerap etilen berbasis adsorpsi dengan memanfaatkan limbah biomassa tomat. Kebaruan riset ini terletak pada integrasi material dan teknologi keberlanjutan, di mana keseluruhan komponen penjerap etilen disintesis dari limbah tanaman tomat untuk kemudian diaplikasikan kembali guna melindungi buah tomat. Secara sistematis, penelitian ini distrukturkan ke dalam empat tahapan utama. Tahap pertama difokuskan pada pemodelan kinetika produksi etilen guna mengidentifikasi keterkaitan etilen dengan karakteristik fisiologis pematangan buah. Tahap kedua dan ketiga mencakup sintesis adsorben etilen berbasis karbon melalui pirolisis, serta fabrikasi matriks biokomposit melalui jalur biodelignifikasi. Pengujian secara komprehensif dilakukan pada setiap fase material untuk mempelajari karakteristik struktural dan kapasitas adsorpsi guna memahami sinergi fungsionalnya. Tahap akhir melibatkan integrasi material aktif adsorben dan biokomposit menjadi sistem lembaran biokomposit adsorben etilen (BAE). Validasi kinerja BAE dilakukan melalui pengujian umur simpan pada komoditas tomat, uji regenerasi untuk menentukan potensi penggunaan ulang (reusability) BAE, serta uji biodegradabilitas guna memastikan dampak lingkungan yang minimal setelah masa pakai berakhir. Tahap pertama berfokus pada pengembangan model matematis untuk mengestimasi laju akumulasi etilen netto (net accumulation) pada tomat dalam kemasan tertutup. Pengukuran akumulasi etilen dan evaluasi proses pematangan tomat dilakukan dengan variasi massa atau jumlah buah (1, 3, dan 6 buah), dan varietas (Optima, Dokter benih, dan Servo). Hasil penelitian menunjukkan bahwa akumulasi etilen mengikuti kinetika orde satu semu (pseudo-first-order), dengan konsentrasi puncak berkisar antara 1,7 hingga 6,43 ?L/L yang dipengaruhi secara signifikan oleh variasi massa buah, sementara faktor varietas tidak menunjukkan pengaruh yang signifikan. Proses pematangan ditengarai dengan perubahan warna hijau menjadi kekuningan yang terjadi bertepatan dengan puncak akumulasi etilen. Pematangan terus berlanjut, meskipun konsentrasi etilen terus menurun seiring waktu penyimpanan. Simulasi pemanfaatan adsorben dalam kemasan membuktikan bahwa kapasitas dan kuantitas adsorben berperan krusial dalam mereduksi konsentrasi etilen dan menunda fase pematangan. Pemodelan ini memberikan basis kuantitatif dalam menentukan strategi manajemen etilen yang presisi untuk mencapai target perpanjangan masa simpan. Tahap kedua difokuskan pada valorisasi limbah lignoselulosa tanaman tomat menjadi adsorben berbasis material karbon, yang diklasifikasikan sebagai biochar atau karbon aktif sesuai dengan metode aktivasi yang diterapkan. Untuk menghasilkan adsorben yang andal, sintesis dilakukan melalui dua fase sistematis yaitu eksplorasi dan optimasi. Fase eksplorasi menguji pengaruh suhu pirolisis lanjut (600 dan 800 oC), durasi penggilingan (1 dan 5 menit), serta pengaruh aktivasi kimia menggunakan asam sitrat dan natrium bikarbonat, terhadap karakteristik adsorben. Temuan menunjukkan bahwa peningkatan suhu pirolisis ke 800 °C tidak secara linier meningkatkan kapasitas adsorpsi, mengisyaratkan adanya titik jenuh pada stabilitas struktur karbon. Terkait aspek fisik, durasi penggilingan selama 5 menit justru menurunkan kemampuan adsorpsi dibandingkan durasi 1 menit, yang mengindikasikan bahwa reduksi ukuran partikel yang berlebihan dapat mengganggu integritas struktur fungsional adsorben. Dari sisi modifikasi kimia, penggunaan asam sitrat terbukti lebih efektif dalam menginduksi pembentukan pori dan situs aktif spesifik etilen dibandingkan natrium bikarbonat. Hasil karakterisasi BET menunjukkan fenomena tidak biasa di mana kapasitas adsorpsi tidak berbanding lurus dengan luas permukaan maupun volume pori. Indikasi-indikasi tersebut menunjukkan bahwa aktivasi fisik-termal mampu menghasilkan kinerja adsorpsi yang kompetitif dibandingkan dengan karbon aktif dengan aktivasi kimia maupun karbon aktif komersial, meskipun kedua varian terakhir memiliki luas permukaan yang lebih besar. Data tahap eksplorasi tersebut, dan dikembangkan dengan kajian literatur, mendasari tahap optimasi yang difokuskan pada pengembangan biochar, yakni material karbon yang disintesis tanpa aktivasi kimia, dengan mengevaluasi variabel ukuran partikel bahan baku, suhu pirolisis, dan perlakuan microwave. Hasil analisis menunjukkan bahwa pengaruh ukuran partikel bahan baku tidak berbeda signifikan, sementara suhu pirolisis dan perlakuan microwave memberikan efek sinergis terhadap sifat adsorptif material. Biochar yang dihasilkan mencapai kapasitas adsorpsi etilen yang lebih tinggi dibanding tahap eksplorasi, yaitu sebesar 38,8-44,8 ?L/g, yang dipengaruhi oleh perpaduan sifat kimia permukaan dan struktur pori, melampaui dominasi faktor luas permukaan. Mempertimbangkan efisiensi produksi dan performa adsorpsi, suhu pirolisis 350°C tanpa perlakuan microwave ditetapkan sebagai kondisi operasi optimum. Tahap ketiga bertujuan menyintesis matriks biokomposit pembawa biochar (adsorben etilen) melalui pre-treatment biodelignifikasi limbah lignoselulosa tanaman tomat oleh Marasmius sp. dan Trametes versicolor. Analisis komponen kimia dan gugus fungsi permukaan mengonfirmasi bahwa kedua jamur secara selektif mendegradasi lignin dengan efektivitas sebanding, meskipun melalui mekanisme berbeda. Marasmius sp. berkolonisasi via pertumbuhan hifa permukaan secara ekstensif, sementara T. versicolor dominan secara enzimatis ke dalam matriks. Biomassa terdelignifikasi tersebut kemudian diformulasi dengan pengikat menjadi biokomposit. Evaluasi fisik-mekanik menunjukkan bahwa matriks berbasis Marasmius sp. secara signifikan lebih tipis, kompak, dan kohesif dibandingkan T. versicolor yang memiliki gramatur tinggi dan kurang padat. Biodelignifikasi meningkatkan ketahanan terhadap kelembapan, namun disertai penurunan kekuatan tarik. Secara keseluruhan, formulasi optimum diperoleh pada kombinasi biomassa Marasmius sp. dengan formulasi pengikat tanpa gliserol, yang menghasilkan matriks dengan ketahanan kelembapan tinggi. Sebagai bentuk agregasi atas capaian ketiga tahap penelitian, pada tahap akhir dilakukan integrasi material fungsional biochar dengan biokomposit menjadi lembaran Biokomposit Adsorben Etilen (BAE). Material ini selanjutnya dievaluasi secara komprehensif melalui uji aplikasi pengemasan tomat, regenerasi, dan biodegradabilitas. Hasil pengujian menunjukkan BAE yang diproduksi dengan teknik imobilisasi biochar ke permukaan biokomposit tercatat mampu mempertahankan lebih dari 80% kapasitas adsorpsi etilen material biochar murni, yang mengindikasikan minimnya penyumbatan pori (pore blocking). Pada simulasi aplikasi kemasan, penggunaan BAE dalam kondisi awal, BAE-fresh (BAE-F), secara signifikan menekan puncak akumulasi etilen dan menghambat laju pematangan tomat. Hal ini ditandai dengan tertahannya transisi warna tomat dari fase breaker-turning pada fase turning-pink selama tujuh hari observasi. Sebaliknya, pada perlakuan kontrol tanpa penambahan BAE, tomat telah mencapai fase merah tua dalam durasi penyimpanan yang sama. Evaluasi aplikasi penyimpanan tomat menggunakan BAE-regenerasi (BAE-R) menunjukkan persistensi kinerja adsorpsi, dengan deviasi minimal dibandingkan BAE-F. Kapasitas retensi yang signifikan ini mengonfirmasi resiliensi fungsional BAE-F serta peluang implementasi material secara berulang (reusability). Meskipun terdapat indikasi bahwa prosedur regenerasi saat ini belum memulihkan arsitektur pori dan situs aktif secara utuh, temuan ini memberikan landasan saintifik bagi pengembangan prosedur pemulihan yang lebih presisi. Potensi keberlanjutan BAE dibuktikan melalui kemampuan biodegradasinya yang cepat, yakni mencapai ±90% dalam 32 hari. Temuan ini mengonfirmasi bahwa BAE dapat berperan sebagai kemasan aktif berbasis limbah yang bersifat closed-loop, mendukung ekonomi sirkuler melalui pengurangan limbah dan peningkatan nilai guna biomassa. Secara keseluruhan, disertasi ini berhasil merumuskan teknologi pengemasan aktif ethylene scavenger yang layak secara teknis dan efektif dalam memperpanjang masa simpan produk hortikultura. Teknologi ini memanfaatkan biomassa limbah produk hortikultura sebagai bahan baku sehingga mendukung penerapan ekonomi sirkuler melalui valorizasi biomassa serta pengurangan kehilangan pascapanen.