## Analisis Nilai Impedansi Listrik pada Daging Ikan Nila yang Disimpan dalam Lemari Es
Rizka Rahmatie A.P. 1* Chomsin Sulistya 2 ,  dan Didik R. Santoso 2
1 Program Studi Magister Ilmu Fisika, Jurusan Fisika, Universitas Brawijaya
2 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya
1* Email: rizkaka.gege16@gmail.com
DOI: http://dx.doi.org/10.13057/ijap.v6i02.1780

## ABSTRACT
Electrical impedance value analysis on frozen tilapia flesh aims to analyze non-destructive method  of  electrical  impedance  to  distinguish  between  fresh  and  frozen  tilapia  flesh.  The measurements were carried out to measure electrical impedance fresh tilapia flesh and frozen tilapia flesh for 1-5 days at 10 Hz - 200 kHz frequency using needle electrode. The result shows that the impedance value characteristics of the fresh tilapia flesh is higher than frozen tilapia flesh. The longer strored in the freezer is directly reversed with the value of electrical impedance.  The  observation  of  electrical  impedance  on  quality  of  tilapia  flesh  preferable observed at a frequency of 1 kHz - 100 kHz.
Keywords: tilapia flesh, frozen, frequency, electrical impedance

## ABSTRAK
Analisis  nilai  impedansi  listrik  pada  daging  ikan  nila  yang  disimpan  dalam  lemari  es bertujuan  untuk  menganalisis  metode  impedansi  yang  bersifat  non  destruktif  yang  dapat digunakan  untuk  membedakan  daging  ikan  segar  dan  daging  ikan  dalam  lemari  es. Pengukuran  yang  dilakukan  yaitu  mengukur  nilai  impedansi  daging  ikan  nila  segar  dan daging ikan nila yang telah disimpan dalam lemari es selama 1-5 hari pada frekuensi 10 Hz –  200  kHz  dengan  menggunakan  elektroda  jarum.    Hasil  penelitian  menampilkan karakteristik nilai  impedansi  daging ikan nila  segar memiliki nilai impedansi lebih tinggi daripada daging ikan nila yang sudah disimpan dalam lemari es. Lama waktu penyimpanan dalam lemari es memiliki hubungan berbanding terbalik dengan nilai impedansi. Pengamatan nilai  impedansi  listrik  terhadap  mutu  daging  ikan  nila  sebaiknya  diamati  pada  frekuensi  1 kHz  - 100 kHz.
Kata kunci : daging ikan nila, formalin, frekuensi, impedansi listrik

## PENDAHULUAN
Ikan adalah sumber makanan yang kaya akan protein, lemak, vitamin (A dan D), dan mikro- elemen  lainnya.  Ikan  yang  dibiarkan  saja  tanpa  diberi  perlakuan  pengawetan  akan  mudah membusuk.  Pedagang  ikan  selalu  menggunakan  cara  pengawetan  untuk  menjaga  ikan  agar tetap segar. Metode pengawetan yang sering dilakukan oleh para pedagang adalah menyimpan ikan dalam lemari es.
Penentuan tingkat kesegaran ikan dan kualitas daging ikan dilakukan secara objektif melalui analisis  perubahan  sifat  kimia,  komponen  degradasi  ATP,  kandungan  biogenik,  komponen volatil, atau analisis kandungan mikrobiologi (Riyanto et al. 2012). Metode ini kurang efisien dan prakteknya sangat rumit.
Impedansi  listrik  merupakan  salah  satu  besaran  kelistrikan  yang  dapat  digunakan  untuk mengetahui  karakteristik  biolistrik  pada  bahan  biologis.  Karakteristik  biolistrik  ini  dapat
dikorelasikan pada kondisi jaringan, sifat-sifat fisika-kimia jaringan, dan dianalisis kandungan apa saja yang terdapat pada jaringan, sehingga sifat biolistrik tersebut dapat digunakan untuk menilai  kemurnian  dan  kualitas  suatu  bahan  ataupun  kerusakan  pada  jaringan.  Metode impedansi  telah  dikembangkan  pada  berbagai  penelitian  untuk  menentukan  kondisi  bahan pangan (1) ,  kadar  gula  darah  dalam  tubuh (2) ,  distribusi  volume  air  dalam  tubuh (3) ,  serta dikembangkan untuk impedansi tomografi (4) . Penggunaan nilai impedansi listrik diharapkan dapat menjadi teknik baru yang lebih mudah dan non invasif untuk menentukan kondisi bahan pangan  yang meliputi  bahan pangan dalam keadaan segar, busuk, maupun tercampur bahan kimia.
Tulisan  ini  akan  memaparkan  pengaruh  lama  penyimpanan  dalam  lemari  es  terhadap  nilai impedansi daging ikan nila pada frekuensi 10 Hz - 200 kHz. Penelitian ini bertujuan sebagai studi  untuk  membedakan  daging  ikan  nila  segar  dan  daging  ikan  nila  yang  telah  disimpan dalam lemari es berdasarkan nilai impedansi listrik.

## METODE
Sampel  pada  penelitian  ini  adalah  daging  ikan  nila  dengan  ukuran  yang  sudah  siap  untuk dikonsumsi yaitu memiliki berat kurang lebih 250 gram dan berumur 4-6 bulan. Daging ikan nila disimpan dalam lemari es selama 1 hari, 2 hri, 3 hari, 4 hari, dan 5 hari.
Alat  utama  yang  digunakan  adalah  pembangkit  tegangan  AC  dua  kanal  yaitu  Picoscope (S5000). Penggunaan Picoscope S5000 dikendalikan oleh software  yang telah diinstall pada PC.  Software  tersebut  menampilkan  amplitudo  dari  gelombang  sinusoidal  tegangan  pada masing-masing frekuensi tertentu.
Diagram bok sistem pengukuran ditampilkan dalam Gambar 1. Secara garis besar prinsip kerja dari  sistem  pengukuran  adalah  generator  tegangan  yang  ada  pada  Picoscope  diatur  untuk menghasilkan  tegangan  sebesar  1  volt  dengan  frekuensi  yang  dapat  dipilih  pada  jangkauan frekuensi  10 Hz  – 100 kHz. Rangkaian V-I Converter mengkonversi tegangan ke arus pada frekuensi yang bersesuaian, di mana nilai arus dapat dipilih sesuai dengan keperluan. Arus ini selanjutnya diinjeksikan ke probe yang digunakan. Keluaran tegangan dari probe selanjutnya dikuatkan  oleh  penguat  instrumentasi  untuk  direkam  oleh  Picospoce  Ch-2.  Sinyal  tegangan dari Picoscope direkam pada Ch-1 sebagai referensi pada saat yang bersamaan.
Gambar 1. (Colour Online) Blok diagram sistem pengukuran.
Probe  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  elektroda  jarum  yang  terbuat  dari  emas dengan ukuran diameter 0,6 mm dan panjang 45 mm. Jarum elektroda akan ditusukkan pada sampel yang sudah dipersiapkan dengan kedalaman 1 cm seperti pada Gambar 2.
Probe  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  elektroda  jarum  yang  terbuat  dari  emas dengan ukuran diameter 0,6 mm dan panjang 45 mm. Jarum elektroda akan ditusukkan pada sampel yang sudah dipersiapkan dengan kedalaman 1 cm seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. (Colour Online) Elektroda jarum untuk pengukuran.
Data yang didapatkan berupa nilai tegangan. Nilai tegangan ini ditampilkan oleh software yang sudah  terinstal  dalam  PC.  Gelombang  sinusoidal  akan  tampil  pada  layar  PC  seperti  terlihat dalam  Gambar  3.  Arus  listrik  yang  digunakan  adalah  1  mA.  Gelombang  warna  merah merupakan gelombang dari tegangan yang terukur pada sampel, sedangkan gelombang warna biru merupakan gelombang dari tegangan sumber yang digunakan sebagai referensi.
Gambar 3. (Colour Online) Tampilan gelombang tegangan.
Pengambilan data dilakukan dengan pencatatan amplitudo dari gelombang tersebut pada tiap frekuensi, sehingga data yang diperoleh berupa besarnya potensial yang terukur dalam daging ikan  pada  masing-masing  frekuensi  yang  diberikan.  Nilai  impedansi  pada  tiap  frekuensi diperoleh  dari  perbandingan  nilai  potensial  yang  terukur  dan  nilai  arus  yang  diinjeksikan. Secara matematik dituliskan sebagai
|𝑍| = 𝑉 𝐼 (1)
di mana Z adalah impedansi, V adalah amplitudo gelombang dari tegangan yang terukur dan I adalah arus listrik yang diinjeksikan secara konstan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  analisis  data  menghasilkan  grafik  hubungan  antara  nilai  impedansi  dan  frekuensi. Pengaruh penyimpanan pada lemari es terhadap nilai impedansi daging ikan nila menampilkan nilai impedansi yang lebih kecil daripada ikan segar.
Gambar 4 (Colour Online) Hubungan frekuensi dengan nilai impedansi pada daging ikan nila yang disimpan dalam lemari es.
Perubahan nilai impedansi saat frekuensi diperbesar disebabkan karena adanya membrane sel yang  bersifat  seperti  kapasitor.    Membran  sel  tersebut  tersebar  dalam  jaringan  biologis. Membran sel tersusun atas molekul ‐ molekul lipida berlapis ganda (bilayer lipids) dan terdiri atas  komponen  hidrofobik  dan  hidrofilik.  Membran  sel  berfungsi  sebagai  pembatas  antara cairan di luar sel dan cairan di dalam sel yang terdiri atas ion-ion garam dan bersifat konduktor. Peran  membran  sel  sebagai  batas  antara  dua  bahan  konduktor  menyebabkan  membran  sel bersifat  seperti  kapasitor.  Kapasitor  terdiri  atas  dua  plat  konduktor  yang  dipisahkan  dengan bahan dielektrik atau ruang hampa udara. Ilustrasi jaringan dan membran sel bersifat seperti kapasitor ditampilkan dalam Gambar 5.
Gambar 5 . (Colour Online) Ilustrasi membran sel yang bersifat seperti kapasitor (6).
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 Im pe da ns i k ( Ω ) Frekuensi (Hz) Impedansi Ikan Nila yang Disimpan dalam Lemari Es 0 hari 1 hari 2 hari 3 hari
4 hari 5 hari
Gambar 6. (Colour Online) Rangkaian ekivalen dengan sel (7).
Jaringan tersusun atas sel yang dikelilingi membrane sel yang memiliki konduktansi dan sifat dielektrik yang berbeda. Membran sel yang bersifat seperti kapasitor bila dianalogikan seperti rangkaian listrik memiliki komponen R dan C. Cm adalah kapasitansi membran lapisan ganda, Ri adalah resistansi di dalam sel, dan Re adalah resistansi di luar sel, dan Rm adalah resistansi membran  (Yang et  al.  2013). Nilai Cm, Ri, Re, dan Rm merupakan karakteristik  dari suatu jaringan terkait dengan adanya sifat membran sel, serta banyaknya ion yang terkandung dalam jaringan tersebut. Adanya indikator-indikator tersebut menyebabkan nilai impedansi pada tiap- tiap jaringan dan jaringan yang telah rusak berbeda.
Model Maxwell-Wagner merupakan model untuk impedansi pada jaringan biologis. Maxwell- Wagner  dengan  menggunakan  kombinasi  R  dan  C  parallel  seperti  pada  pada  rangkaian ekivalen untuk membrane sel pada Gambar 5.
Perhitungan impedansi yang ditampilkan pada Gambar 6 adalah
1 Z(ω) = 1 R + 𝑗𝜔𝐶 atau 𝑍(𝜔) = 1 𝐺+𝑗𝜔𝐶 (1)
di mana 𝐺 = 1 𝑅
Kombinasi  impedansi  jika  memiliki  dua  elemen  Maxwell-Wagner  yang  disusun  seri  seperti pada Gambar 7 menjadi
𝑍(𝜔) = 1 𝐺+𝑗𝜔𝐶 + 1 𝐺+𝑗𝜔𝐶 (2)
Sehingga impedansi pada k membran sel yang masing-masing memiliki konduktansi G 1, G 2, … G k dan kapasitansi C 1, C 2, …. C k adalah
𝑍(𝜔) = ∑ 1 𝐺 𝑖 +𝑗𝜔𝐶 𝑖 𝑘 𝑖=1 = 1 𝐺+𝑗𝜔𝐶 (3)
di mana G adalah konduktansi total dan C adalah kapasitansi total pada frekuensi ω. Adanya fungsi  frekuensi  pada  nilai  impedansi  ini  menyebabkan  kurva  impedansi  pada  Gambar  4 mengalami penurunan terhadap frekuensi. Persamaan (3) menampilkan bahwa nilai impedansi
menjadi 1/G atau R jika  diberikan ω =  0,  sedangkan  jika  diberikan ω =  ~,  nilai  impedansi menjadi minimum.
Pengaruh  penyimpanan  dalam  lemari  es  terhadap  nilai  impedansi  daging  ikan  nila  dapat teramati  secara  lebih  jelas  pada  frekuensi  lebih  dari  1  kHz  sehingga  dilakukan  perbesaran resolusi yang ditampilkan pada Gambar 8. Nilai impedansi pada frekuensi kurang dari 1 kHz menampilkan kurva yang tidak stabil pada pemberian variasi lama penyimpanan yang berbeda, sehingga penelitian ini lebih  difokuskan pada jangkauan frekuensi  tersebut.  Nilai impedansi yang paling kecil didapatkan pada daging ikan yang yang disimpan selama 5 hari.
Gambar 7. (Colour Online) Hubungan frekuensi 1kHz-100kHz dengan nilai impedansi ikan nila penyimpanan dalam lemari es.
Gambar 8. (Colour Online) Hubungan lama penyimpanan dalam lemari es dengan nilai impedansi ikan nila berformalin pada frekuensi 1 kHz-100 kHz.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 1.E+03 1.E+04 1.E+05 Im pe da ns i ( k Ω ) Frekuensi (Hz) Impedansi Ikan Nila yang Disimpan dalam Lemari Es 0 hari 1 hari 2 hari 3 hari 4 hari 5 hari y = -74.55x + 1382. R² = 0.992 y = -75.2x + 1225. R² = 0.986 y = -68.29x + 1176. R² = 0.997 y = -53.46x + 1060. R² = 0.985 y = -43.77x + 1026. R² = 0.963 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 2 4 6 Im pe da ns i ( k Ω ) Th o u san d s Lama Penyimpanan (hari) Impedansi Ikan Nila pada Penyimpanan dalam Lemari Es 1 kHz 5 kHz 10 kHz 50 kHz 100 kHz
Gambar 9 ditampilkan untuk mengetahui respon frekuensi yang tepat untuk meneliti pengaruh penyimpanan dalam lemari es pada daging ikan nila. Hasil grafik pada Gambar.9 menampilkan hubungan  yang linier antara nilai impedansi dan lama penyimpanan dalam lemari es. Kurva yang terbentuk adalah linier negatif. Semakin besar kemiringan suatu grafik mengindikasikan semakin besar pula pengaruh perlakuan terhadap nilai yang diukur. Frekuensi 10 kHz dan 1 kHz memiliki nilai R 2 yang besar dan nilai gradien yang besar., sehingga frekuensi 1 kHz dan 10 kHz direkomendasikan untuk meneliti pengaruh formalin pada  ikan nila. Frekuesi 50 kHz dan frekuensi 100 kHz tidak direkomendasikan dalam penelitian karena hasil linerisasi kurva memiliki nilai R 2 yang kecil dan memiliki gradien yang kecil. Hasil impedansi yang terukur pada  frekuensi  tersebut  memiliki  nilai  yang  hampir  sama  pada  konsentrasi  formalin  yang berbeda, sehingga tidak dapat diketahui pengaruh adanya perbedaan konsentrasi terhadap nilai impedansi.
Hasil  penelitian  menampilkan  semakin  lama  ikan  disimpan  dalam  lemari  es  maka menghasilkan  nilai  impedansi  yang  semakin  kecil.  Penyimpanan  dalam  lemari  es  dapat mempengaruhi  kemunduran  mutu  daging  ikan.  Penurunan  kualitas  ikan  dan  daging dihubungkan  dengan  fungsional  protein  dalam  daging  ikan  tersebut  yang  hilang.  Pengaruh tersebut  disebabkan  oleh  saat  air  menjadi  es,  konsentrasi  enzim  meningkat  dan  membentuk konsentrasi  garam  pada  air  yang  tersisa.  Konsentrasi  garam  meningkat  menyebabkan denaturasi protein dan meningkatkan konsentrasi ion metabolit. Ion  Na+, K+, dan  Cl- terus menerus  lepas  sehingga  timbul kerusakan pada sel terutama pecahnya dekomposisi protein (Hadiyanto).  Peningkatan konsentrasi metabolit ion terlarut pada daging ikan menyebabkan peningkatan  nilai  konduktivitas  listrik  yang  akan  menghasilkan  nilai  impedansi  yang  lebih rendah.
Jumlah bakteri dan nilai impedansi memiliki hubungan linier. Semakin banyak jumlah bakteri maka nilai impedansinya semakin kecil (Solechah 2015). Gambar 10 menampilkan hubungan yang  linier  antara  lama  penyimpanan  daging  ikan  nila  dan  nilai  impedansi.  Semakin  lama penyimpanan  maka  semakin  meningkatkan  jumlah  bakteri  pembusuk.  Pertumbuhan  bakteri dan fungi pada lemari es semakin meningkat selama proses penyimpanan yang teah dibuktikan dalam penelitian tentang jumlah bakteri selama proses pendinginan bahan pangan (Siburian et al.  2012).  Keberadaan  bakteri  pada  penelitian  tersebut  bergantung  pada  lamanya  proses pendinginan. Semakin lama pendinginan, bakteri yang tumbuh akan semakin banyak. Jumlah bakteri akan menurunkan nilai impedansi. Semakin lama penyimpanan dalam lemari es akan menyebabkan penurunan nilai impedansi.
Kandungan air dalam daging merupakan bagian yang mendominasi, misalnya kandungan air dalam daging sapi dan daging ayam adalah 65% - 80% (Fauziah 2015). Kadar air meningkat dari 68% menjadi 69% selama penyimpanan 4 hari (Sulastri 2006). Air merupakan konduktor di mana mempengaruhi nilai impedansi. Semakin banyak kandungan air maka mengakibatkan semakin rendah nilai impedansinya. Kondisi lingkungan saat pengukuran juga mempengaruhi hasil pengukuran seperti suhu udara dan kelembapan udara di ruangan. Kondisi fisik, kondisi lingkungan,  serta  perubahan  frekuensi  yang  diberikan  sangat  mempengaruhi  dalam pengukuran sehingga hasil yang diperoleh berbeda-beda (Fauziah 2015).

## KESIMPULAN
Hasil    pengukuran    karakteristik    biolistrik    berdasar    nilai  impedansi    pada  daging  ikan didapatkan kesimpulan bahwa nilai  impedansi  daging ikan nila  segar menurun seiring  dengan bertambahnya  frekuensi. Perlakuan pengawetan daging ikan nila melalui penyimpanan dalam lemari  es  mempengaruhi  nilai  impedansi.  Semakin  lama  daging  ikan  nila  disimpan  dalam
lemari  es,  menghasilkan  nilai  impedansi  semakin  rendah.  Frekuensi  yang  cocok  untuk pengukuran pada daging ikan nila berformalin adalah frekuensi 1 kHz – 10 kHz.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Wu  L,  Ogawa  Y,  Tagawa  A.  Electrical  Impedance  Spectroscopy  analysis  of  Eggplant Pulp  and  Effect  of  Drying  and  Freezing  –Thawing  Treatments  on  Its  Impedance Charactersitic. Food Engineering. 2008;87:274–80.
2 Olarte  O,  Barbé  K,  Van  Moer  W,  Van  Ingelgem  Y,  Hubin  A.  Measurement  and Characterization of Glucose in NaCl Aqueous Solutions by Electrochemical Impedance Spectroscopy. Biomedical Signal Processing and Control [Internet]. Elsevier Ltd; 2014 Nov [cited 2015 Feb 27];14:9–18. Available from:
http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1746809414000949
3 Jaffrin MY, Morel H. Body Fluid Volumes Measurements by Impedance: A Review of Bioimpedance Spectroscopy (BIS) and Bioimpedance Analysis (BIA) Methods. Medical engineering  &  physics  [Internet].  2008  Dec  [cited  2015  Apr  28];30(10):1257–69. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18676172
4 Purwanto RE, Sujatmiko A, Mesin JT, Malang PN, Hatta JS. Identifikasi Kerusakan Sel Melalui  Pengamatan  Perubahan  Distribusi  Impedansi  Elektris.  SENTIA.  Malang: Politeknik Negeri Malang; 2009.
5 Fox  CH,  Johnson  FB,  Whiting  J,  Roller  PP.  Formaldehyde  Fixation.  Journal  of Histochemistry and Cytochemistry. 1985;33(8):845–53.
6 Lorenzo A De, Andreoli A, Matthie J, Withers P, Haverkort EB, Binnekade JM, et al. Predicting  Body  Cell  mass  with  Bioimpedance  by  Using  Theoretical  Methods :  a Technological  Review.  Journal  of  Applied  Physiol  [Internet].  1997;82:1542–58. Available from: http://jap.physiology.org/cgi/reprint/82/5/1542
7 Ivorra A. A . Bioimpedance monitoring for physicians : an overview 1. Medicina per a No Metges (Medicine for non physicians). Barcelona; 2002. p. 131–78.
8 Noor JA. Impedance Tomography. 2010.
9 Riyanto B, Maddu A, Supriyanto. Pendeteksian Tingkat Kesegaran Filet Ikan Nila Menggunakan Pengukuran Sifat Biolistrik. Jurnal Pengolahan Hasil Perikanan Indonesia. 2012;15.