## Prototype Alat Fermentor Stater Modified Cassava Flour Menggunakan Metode Fuzzy Mamdani

## Abstrak
Stater  MOCAF  adalah  benih  yang  difermentasi  selama pembuatan  MOCAF  yang  dimodifikasi  secara  biologis. Pembuatan alat stater MOCAF dapat membantu para pengusaha tepung  MOCAF  untuk  menggunakan  alat  otomatis  dalam memproduksi  stater.  Perancangan  ini  menggunakan  Arduino Mega2560  sebagai  mikrokontroler  untuk  mengontrol  sistem tangki fermentasi. Parameter temperatur pada heater digunakan untuk  menstabilkan  suhu  dengan  set  point  37 0 C.  Sedangkan untuk set point pH 5,5. Gunakan asam sitrat untuk cairan asam, dan  gunakan  air  pH  8+  untuk  larutan  basa.  Bakteri  yang digunakan  untuk  membuat  stater  MOCAF  adalah  lactobacillus plantarum.  Pengujian  pertama  adalah  menguji  motor  PWM PG45, yang digunakan untuk menggerakkan mixer yang berupa duty  cycle.  Pengujian  sensor  meliputi  pengujian  sensor  suhu waterproof DS18B20 dan pengujian sensor pH. Selain itu, metode Fuzzy  Mamdani  digunakan  untuk  menguji  alat  secara keseluruhan.  Kontrol  fuzzy  ini  digunakan  untuk  mengontrol suhu dan nilai pH pada fermentor MOCAF. Jika suhu dan nilai pH  tidak  sesuai  dengan  parameter  yang  dibutuhkan,  maka terdapat  aktuator  suhu  dan  aktuator  pH  untuk  menstabilkan parameter. Fermentasi dilakukan selama 24 jam, dan suhu serta nilai pH dikontrol agar tetap stabil pada suhu 37 0 C dan kisaran pH  4-6.  Setelah  sekitar  4  jam  pengukuran,  suhu  baru  turun. Namun,  setelah  10  menit,  suhu  stabil  pada  37 0 C.  Sedangkan untuk  nilai  pH,  karena  respon  pembacaan  sensor  pH  sekitar  2 menit maka nilai tersebut akan berubah.
Kata Kunci — Stater MOCAF, sensor suhu waterproof DS18B20, sensor pH.

## Abstract
Stater  MOCAF  is  a  seed  fermented  during  the  manufacture  of biologically  modified  MOCAF.  The  manufacture  of  MOCAF stater  tools  can  help  MOCAF  flour  entrepreneurs  to  use automated  tools  in  producing  staters.  The  design  used  the Arduino  Mega2560  as  a  microcontroller  to  control  the fermentation tank system. Temperature parameters in the heater are used to stabilize the temperature with a set point of 37 0 C. As for the set point pH 5.5. Use citric acid for acidic liquids, and use water  pH  8+  for  alkaline  solutions.  The  bacteria  used  to  make mocaf staters is lactobacillus plantarum.
The first test was to test the PWM PG45 motor, which is used to drive a mixer in the form of a duty cycle. Sensor testing includes DS18B20  waterproof  temperature  sensor  testing  and  pH  sensor testing.  In  addition,  the  Fuzzy  Mamdani  method  is  used  to  test the tool as a whole.
This  fuzzy  control  is  used  to  control  the  temperature  and  pH value  of  the  MOCAF  fermentor.  If  the  temperature  and  pH values  do  not  match  the  required  parameters,  then  there  are temperature  actuators  and  pH  actuators  to  stabilize  the parameters.  Fermentation  is  carried  out  for  24  hours,  and  the temperature  and  pH  value  are  controlled  to  remain  stable  at 37 0 C  and  the  pH  range  of  4-6.  After  about  4  hours  of measurement,  the  new  temperature  drops.  However,  after  10 minutes, the temperature stabilizes at 37 0 C. As for the pH value, because the pH sensor reading response is about 2 minutes then the value will change.
Keywords — MOCAF stater, DS18B20 waterproof temperature sensor, pH sensor

## I. PENDAHULUAN
Tepung  MOCAF  berasal  dari  singkong  hasil  fermentasi. Fermentasi  makanan adalah hasil dari  aktivitas berbagai  jenis mikroorganisme,  termasuk  bakteri,  ragi,  dan  kapang [1] . MOCAF  adalah  tepung  ubi  kayu  (Manihot  esculenta  Crantz) yang  diproses  dengan  prinsip  memodifikasi  sel  ubi  kayu melalui  fermentasi,  dimana  mikroorganisme  BAL  (bakteri asam  laktat)  mendominasi  proses  fermentasi  tepung  ubi  kayu [2] .  Proses  fermentasi  ubi  kayu  mampu menghilangkan  aroma ubi kayu dan hasilnya lebih putih. Selain tidak ada kandungan gluten, asam sianida mudah dicerna oleh tubuh.
Penelitian  ini  sebelumnya  dilakukan  oleh  Rahmanu Fajarianto pada tahun 2018, Tinton Hariawan Taka pada tahun 2019,  dan  Novita  Murti  Hernandes  pada  tahun  2019  oleh mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Jember. Ketiga studi  ini  menggunakan  alat  yang  sama,  tetapi  metode penelitiannya berbeda. Pada penelitian pertama menggunakan metode  kontrol  PID,  yang  kedua  adalah  kontrol  fuzzy,  dan yang  terakhir  adalah  pakar  PID.  Menurut  penelitian sebelumnya,  kekurangan  dari  alat  ini  adalah  pemanasnya harus  diletakkan  di  bagian  bawah,  dan  stainless  steel  dapat digunakan  untuk  menggantikan  desain  wadah  untuk memaksimalkan  proses  pemanasan.  Dalam  studi  yang dilakukan oleh Novita Murti Hernandes, hanya air suling yang digunakan  sebagai  bahan  awal  MOCAF,  dan  hanya  suhunya yang  dikontrol [3] .  Pada  penelitian  yang  akan  saya  lakukan, saya  akan  mengupdate  desain  alat  sebelumnya  dan menggunakan metode Fuzzy tipe Mamdani untuk mengontrol suhu dan pH pada proses pembuatan khamir MOCAF. Supina

## Widjonarko
Widjonarko.teknik@
unej.com Universitas Jember
Sumardi sumardi@unej.ac.id Universitas Jem ber

## Sherly Mutiara Cahyani
Sherly.mutiara19@
gmail.com Universitas Jember Khairul Anam
khairul@unej.ac.id
Universitas Jem ber
Batubara menerapkan metode fuzzy tipe Mamdani pada tahun 2017  yang  disebut  "Analisis  perbandingan  metode  Fuzzy Mamdani  dan  metode  Fuzzy  Sugeno  untuk  menentukan kualitas  beton  instan  pengecoran"  [4].  Dalam  penelitian  ini, untuk  menganalisis  perbandingan  antara  fuzzy  mamdani  dan fuzzy  Sugeno,  diperoleh  hasil  bahwa  kedua  metode  tersebut dapat  digunakan  untuk  menentukan  kualitas,  namun  metode mamdani  lebih  direkomendasikan  karena  hasil  yang  dihitung lebih  mendekati  hasil  yang  sebenarnya  daripada  Sugeno.  . Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini  digunakan  tipe  Mamdani Fuzzy  untuk  pengaturan  suhu  dan  pH.  Produksi starter MOCAF  sebelumnya  dilakukan  oleh  Dani  Setiawan  dengan judul  "Produksi  protein  al  halal  (Mysis,  Sp)  dengan  cara hidrolisis  udang  kering  sebagai  sumber  nitrogen  untuk pertumbuhan  bakteri  asam  laktat  [5]".  Dalam  penelitian  ini dijelaskan  tahapan-tahapan  pembuatan  starter  MOCAF. Tujuan  penelitian  yang  ingin  dicapai  dalam  penelitian  ini adalah  menghasilkan  hasil  akhir  dari  inisiator  MOCAF bersifat  asam  yaitu  pH  4  sampai  6,  dan  warna  inisiator MOCAF  berwarna  kuning  muda.  Diharapkan  untuk menghasilkan perkakas yang lebih efisien dan tidak memakan tempat  dibanding  perkakas  sebelumnya,  karena  perkakas desain  ini  dapat  dirakit  dan  dirakit  sehingga  memudahkan untuk berpindah posisi.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  metode fuzzy  mamdani  untuk  mengontrol  suhu  dan  pH.  Dalam melakukan  penelitian  dilakukan  dalam  beberapa  tahapan, antara lain:

## A. Alat dan Bahan
Dalam  penelitian  ini  Arduino  Mega  2560  digunakan sebagai  mikrokontroler.  Sensor  pH,  modul  sensor  pH  V1.1 (digunakan  untuk  mengukur  keasaman)  dan  sensor  suhu waterproof DS18B20 (digunakan untuk mengukur suhu starter MOCAF). Terdapat dimmer sebagai pengatur suhu, dan katup solenoid  sebagai  pengatur  pH.  Motor  PG45  dan driver  motor BTS7960.  Motor  servo  dan  modul  relay  5V.  Kemudian  ada catu  daya  switching,  LCD  16x2,  pemanas  dan  modul  step- down.

## B. Desain Alat
Gambar  1  menunjukkan  desain  alat  yang  digunakan,  dan berikut keterangan desain alat:
Gbr. 1 Desain Alat Stater Fermentor Stater Modified Cassava Flour (MOCAF) dengan Fuzzy
Keterangan:
1.  Motor PG45
2.  Wadah Cairan Asam  dan BasaWadah Cairan  Asam  dan Basa
3.  Penyangga Wadah Fermentor
4.  Sensor Suhu Waterproof DS18B20
5.  Sensor pH Value V1.1
6.  Pipa Keluaran Hasil Fermentor Stater MOCAF
7.  Pengaduk
8.  Pemanas (Heater)
9.  Pipa Pembuangan
10. Tempat Masukan Bahan Fermentor Stater MOCAF
11. Tempat stainless steel Fermentor Stater MOCAF

## C. Diagram Alir
Gambar  2  adalah  diagram  alir  sedangkan  Gambar  3  dan Gambar 4 adalah rangkaian elektronik yang digunakan.
Gbr.  2  Diagram  Alir  Alat Stater  Modified  Cassava  Flour (MOCAF)  dengan
Fuzzy
Gbr. 3 Diagram Blok Sistem Elektrik Pengaduk

## Gbr. 4 Diagram Blok Sistem Elektrik Keseluruhan
Pada  penelitian  ini  temperatur  dikontrol  agar  tetap  stabil pada  suhu  37 0 C  dan  nilai  pH  4  sampai  6  untuk  pengujian. Metode  yang  digunakan  adalah  tipe  fuzzy  mamdani.  Cara mendapatkan nilai keluaran fuzzy adalah sebagai berikut:

## 1) Pembentukan Fungsi Keanggotaan
Fungsi  keanggotaan  fuzzy  merupakan  langkah  awal  untuk mendapatkan  keluaran  fuzzy.  Fungsi  keanggotaan  atau membership  function  digunakan  sebagai  masukan  dan keluaran dari nilai fermentor. Input ada 2 yaitu temperatur dan pH.  Error  dari  pembacaan  sensor  suhu  digunakan  sebagai fungsi keanggotaan dalam input suhu.
Pada  Gambar  5  dan  Gambar  6  nilai error dan  delta error input suhu  terdapat  5  kondisi.  Domain  fungsi  keanggotaan yaitu: Zero (Z), Near Zero (NZ), Middle (M), Far (F), dan So Far (SF).  Pada  Gambar  7  nilai output suhu  yang  terdapat  5 kondisi.  Domain  fungsi  keanggotaan  fuzzy  yaitu: O  ( Off ), Near Zero (NZ), Middle (M), Far (F), dan So Far (SF).
Gbr.5 Fungsi Keanggotaan Error Input Suhu Gbr. 6 Fungsi Keanggotaan Delta Error Suhu
Gbr. 7 Himpunan Keanggotaan Motor Servo
Gbr. 8 Fungsi Keanggotaan Error Input pH
Gbr. 9 Fungsi Keanggotaan Delta Error pH

## Gbr. 10 Himpunan Keanggotaan Selenoid Valve
Pada  Gambar  8  dan  Gambar  9  nilai error dan  delta error pH  terdapat  5  kondisi.  Domain  fungsi  keanggotaan  yaitu  : Lebih Asam (A+),  Asam (A), Netral (N), Basa (B), dan Lebih Basa (B+).  Pada Gambar 10 nilai output waktu yang terdapat 3 kondisi dengan parameter -1000 sampai 11000 ms.. Domain fungsi keanggotaan fuzzy yaitu : 0, 5000, dan 10000. Domain fungsi tersebut menandakan lamanya kran terbuka.

## 2) Pembentukan Rule Base Fuzzy
TABEL I R ULE B ASE F UZZY M OTOR S ERVO U NTUK H EATER dE
Z NZ M F SF Z OFF NZ M F SF NZ OFF NZ M F SF M OFF NZ M F SF F OFF NZ M F SF SF OFF NZ M F SF TABEL III R ULE B ASE F UZZY S ELENOID V ALVE U NTUK C AIRAN P H
A+
A N B B+ A+ 10000 5000 0 5000 10000 A 10000 5000 0 5000 10000 N 10000 5000 0 5000 10000 B 10000 5000 0 5000 10000 B+ 10000 5000 0 5000 10000 E dE E

## 3) Pembentukan Defuzzyfikasi
Gbr. 11 Defuzzyfikasi Motor Servo untuk Heater
Gbr. 12 Defuzzyfikasi Selenoid Valve untuk Cairan pH
Pada  Gambar  11,  ini  adalah  contoh  defuzzyfikasi  motor servo  untuk  pemanas  dengan  nilai error suhu  37  dan  delta error -1.  Motor  servo  telah  bergerak  90,1%  dari  sudut  180 derajat.  Pada  Gambar  12  merupakan  contoh  solenoid  valve, solenoid  valve  memiliki  nilai error 0,5  dan  delta error 0, sehingga selenoid tidak aktif atau 0 ms

## III. H ASIL P ENELITIAN
Pengujian  pertama  adalah  pengujian  sensor,  meliputi pengujian  sensor  suhu  dan  pengujian  sensor  pH.  Setelah  itu digunakan metode Fuzzy Mamdani untuk menguji seluruh alat. Kontrol fuzzy ini dapat digunakan untuk mengontrol suhu dan pH pada fermentor Mocaf.

## A. Pengujian Sensor Suhu DS18B20 dan Sensor pH
TABEL IIIII P ENGUJIAN S ENSOR SUHU S ETELAH K ALIBRASI
No Termometer ( 0 C) Sensor Suhu DS18B20 ( 0 C) E% (%) 1 26 26,39 1,50 2 28 28,67 2,39 3 30 30,24 0,80 4 32 32,68 2,13 5 34 34,13 0,38 6 36 36,35 0,97 7 38 38,24 0,63 8 40 40,49 1,23 9 42 42,75 1,79 10 44 44,81 1,84 11 46 46,94 2,04 12 48 48,06 0,13 13 50 50,19 0,38
TABEL IVV P ENGUJIAN S ENSOR P H S ETELAH K ALIBRASI No Cairan Sensor pH pH Meter E% 1 Jeruk Nipis 2,49 2,5 0,40 2 Cuka Apel 3,31 3,3 0,30 3 Buffer Powder 4,00@25 0 C 4,39 4,4 0,23 4 Buffer Powder 6,86@25 0 C 6,96 7 0,57 5 Air 8+ 8,78 8,8 0,23 6 Buffer Powder 9,18@25 0 C 9,27 9,3 0,32 7 Air Detergen 10,52 10,5 0,19
Tabel  III  adalah  tabel  hasil  kalibrasi  sensor  suhu waterproof DS18B20.  Nilai  R 2 yang  diperoleh  =  0,9714 menunjukkan  bahwa  data  yang  diperoleh  sudah  baik  dengan nilai y yakni, y= 1,042x-2,2749.
Tabel  IV  adalah  tabel  hasil  kalibrasi  sensor  pH  dengan  7 jenis  cairan.  Nilai  R 2 yang  diperoleh  R 2 =  0,9999 menunjukkan  bahwa  data  yang  diperoleh  sudah  baik  dengan nilai y yakni, y= 0,1208x+5,7297.

## B. Pengujian Sistem Fuzzy
Pengujian  alat  secara  keseluruhan  ini  menggunakan kontrol  Fuzzy  tipe  Mamdani.  Pada  pengujian  tahap  awal, seluruh  alat  akan  diuji  dengan  air  selama  6  jam  untuk mengetahui cara kerja sistem.
Berdasarkan Gambar 13, data percobaan diperoleh dengan menggunakan media air. Pada data ini pH mencapai set point selama 15 menit dan suhu mencapai set point selama 30 menit. Suhu  awal  27 0 C,  pH  awal  8,  dan  volume  air  15L.  Nilai duty cycle awal  adalah  50%,  dan  ketika  nilai  yang  ditetapkan tercapai,  itu  menjadi  11%  untuk  distabilkan  pada  suhu  37 0 C. Langkah selanjutnya adalah menguji seluruh alat.
Gbr. 13 Grafik Respon Sistem Suhu dan pH pada Media Air

## C. Pengujian Alat Keseluruhan
Berdasarkan  makalah  Dani  Setiawan  “Produksi  protein halal hasil hidrolisat udang rebon (Mysis, SP.) kering sebagai sumber  nitrogen  untuk  pertumbuhan  bakteri  asam  laktat” maka dilakukan proses pembuatan starter MOCAF. Penjelasan. Bahan  baku  yang  dibutuhkan  adalah  akuades  9,8  liter, lactobacillus plantarum 800 ml, susu skim 800 gram, dan gula halus 600 gram.
Langkah pertama adalah menuangkan air aquades ke dalam tabung stainless steel. . Kemudian nyalakan sistem dan tunggu hingga  suhu  dan  pH  terukur  pada  37 0 C  dan  5,5.  Kemudian masukkan  bakteri lactobacillus plantarum ,  400  gram  susu skim  dan  600  gram  gula  halus.  Langkah  terakhir  adalah melakukan  fermentasi  selama  24  jam,  serta  mengontrol  suhu dan pH agar tetap stabil  pada suhu 37°C dan kisaran pH 4-6. Berikut  ini  adalah  data  yang  diperoleh  selama  proses fermentasi 24 jam.
Proses  fermentasi  starter  MOCAF  dimulai  pada  pukul 13.25.00.  Dapat  dilihat  dari  pembacaan  pada  Gambar  14 bahwa  pH  mencapai  nilai  yang  ditetapkan  selama  30  menit, dan  pH  awal  adalah  10,1  hingga  5,5.  Cairan  asam  yang digunakan  adalah  asam  sitrat  dan  air  dengan  pH  8+.  Cairan asam  dan  basa  ke  dalam  bejana  fermentasi  setiap  5  menit, dengan  volume  10  ml  selama  10  detik,  dan  5  ml  selama  5 detik.  Hasil  pembacaan  sensor  pH  tidak  stabil  karena  respon pembacaan dari sensor pH sekitar 2 menit.
Pada  Gambar  14  diketahui  temperatur  mencapai set point selama  25  menit  pada  temperatur  awal  24°C  hingga  37°C. Selain  suhu  pada  pukul  21:20  hingga  21:25  dan  pukul  5:45 hingga  5:50,  proses  tersebut  mencapai set point tercepat  dari temperatur  36°C  selama  5  menit  dari  pukul  19:40  hingga 19:45. Suhu yang terlama mencapai set point dalam proses ini adalah  36°C,  yang  berlangsung  selama  10  menit  pada  16:40 hingga  16:50.  Pengaduk  berkerja  setiap  5  menit  sekali  saat cairan  ditambahkan.  Gambar  15  adalah  hasil  akhir  proses fermentasi stater MOCAF.
Gbr. 14 Grafik Pembacaan Sensor Suhu DS18B20 dan Sensor pH Fermentasi Stater MOCAF
Gbr. 15 Hasil akhir fermentasi stater MOCAF
IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Dapat  disimpulkan  dari  penelitian  bertajuk  “Rancang Prototype  Alat  Fermentor  Stater  Modified  Cassava  Flour (MOCAF) dengan Fuzzy” bahwa Kontrol  Fuzzy temperature dan desain kontrol pH dengan set point temperature 37 ℃ , pH 5,5.  Jika  suhu  stabil,  nilai duty cycle pemanas  adalah  11%. Saat  pengukuran  awal  adalah  24°C,  nilai duty cycle adalah 50%.
Untuk  rata-rata  nilai  pH  dan  suhu  yang  diperoleh  selama proses  fermentasi  24  jam  yaitu  5,62  dan  36,91 0 C,  metode kontrol  logika  fuzzy  ini  memberikan  hasil  yang  lebih  stabil. Sedangkan  untuk  pH,  nilai  tersebut  berubah  karena  respon pembacaan  sensor  pH  selama  kurang  lebih  2  menit.  Namun, kisaran pH yang dibutuhkan adalah 4 hingga 6.
Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh,  pengukuran  suhu  lebih efektif.  Pada  percobaan  sebelumnya  menggunakan  kontrol expert  PID,  temperatur  awal  dari  26,5 0 C  sampai  37 0 C membutuhkan waktu 17 menit, sedangkan pada metode fuzzy sebelumnya  dari  27 0 C  sampai  33 0 C  membutuhkan  waktu  30 menit.  Sementara  itu,  untuk  penelitian  yang  dilakukan  ini dibutuhkan waktu 25 menit dari suhu 24°C hingga 37°C.

## R EFERENSI
[1] Suprihatin.  2010.  TEKNOLOGI  PERPINDAHAN  MASSA  DALAM PERANCANGAN  PROSES  REAKSI.  Edisi  1.  Surabaya:  UNESA
Press. [2] Subagio,  A.,  Wiwik  Siti  Windrawati  dan,  dan  H.  Didiek.  2011.
Pengembangan  Zero  Wase  Processing  Dari  Modified  Cassava  Flour (MOCAF)  Guna  Meningkatkan  Spinoff  Klaster  Kepada  Masyarakat Sekitar [3] Hernandes,  N.  M.  2019.  DESAIN  sistem  kontrol  suhu  dan  ph  untuk fermentor stater mocaf dengan menggunakan expert pid controller
[4] Suprina  Batubara.  (2017).  No  Title. Analisis  Perbandingan  Metode
Fuzzy  Mamdani  Dan  Fuzzy  Sugeno  Untuk  Penentuan  Kualitas  Cor Beton Instan , 2 (Vol.2, No.1, Agustus 2017), 9.
[5] Setiawan, Dani. (2015). Produksi Pepton Halal Hasil Hidrolisat Udang Rebon (Mysis, Sp.) Kering Sebagai Sumber Nitrogen Bagi
Pertumbuhan Bakteri Asam Laktat