## RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING GAS ALKOHOL PADA FERMENTASI KETAN BERBASIS SENSOR TGS 2620
Maulana Kussuma Negara 1) , Rahadi Wirawan 1) , Nurul Qomariyah 1)
1) Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Mataram, Mataram, NTB, Indonesia
Corresponding author :Nurul Qomariyah E-mail : nurulqomariyah@unram.ac.id
Diterima 09 November 2020, Disetujui 14 November 2020

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem monitoring gas alkohol pada proses fermentasi ketan berbasis sensor TGS 2620 . Sistem monitoring terdiri dari sensor TGS 2620 , modul Arduino Uno , modul Data Logger dan wadah fermentasi. Pengujian sistem menggunakan variasi ragi 0,5%, 1,0%, dan 1,5 %  pada  100  gram  ketan  dengan  waktu monitoring selama  tiga  hari.  Sistem monitoring memiliki karakteristik  akurasi  pengukuran  98,33%,  tingkat  presisi  99,79%, warmup selama  3,75  menit,  dan response  time 10,83  menit.  Hasil monitoring konsentrasi  alkohol  menunjukkan  bahwa  kadar  alkohol semakin meningkat seiring meningkatnya kadar ragi dan waktu inkubasi. Kadar alkohol terukur antara 0,73% sampai  1,63%.
Kata kunci: sensor TGS 2620 ; fermentasi; monitoring .

## ABSTRACT
This study aims to design a monitoring system for alcohol gas in the glutinous rice fermentation process based on the TGS 2620 sensor. The monitoring system consists of the TGS 2620 sensor, the Arduino Uno module, the Data Logger module, and the fermentation container. Testing the system using yeast variations of 0.5%, 1.0%, and 1.5% on 100 grams of glutinous rice with three days of monitoring time. The monitoring system has the characteristics of a 98.33% accuracy level, a precision level of 99.79%, heating  3.75  minutes,  and  response  time  of  10.83  minutes.  The  results  of  monitoring  the  alcohol concentration showed that the alcohol content increased with the increasing yeast level and incubation time.. A measured alcohol content is about 0.73% to 1.63%.
Keywords: sensor TGS 2620; fermentation; monitoring.

## PENDAHULUAN
Proses fermentasi pada pembuatan tape ketan  merupakan  pencampuran  bahan  dasar berupa beras ketan dengan ragi sebagai agen fermintasi  (Cahyadi,  2006).  Pada  proses tersebut  dihasilkan  alkohol  yang  kadarnya bergantung  jumlah  ragi  yang  diberikan  dan lamanya proses fermintasi(Berlian et al., 2016). Kandungan  alkohol  pada  tape  ketan  harus memenuhi regulasi Permenkes RI No.
86/Menkes/Per/IV/1997  (Peraturan  Menteri
Kesehatan RI Nomor 86/Men,Kes/PER/
IV/1997  Tentang  Minuman  Keras,  2018) dimana kadar alkohol (etanol) kurang dari 5%. Adanya  batasan  kandungan  alkohol  dalam suatu makanan mengakibatkan perlu dilakukannya  pengukuran  alkohol  pada  tape ketan.
Pengukuran  kadar  alkohol  pada  tape ketan  umumnya  dilakukan  secara  manual menggunakan  Alkoholmeter . Menurut  Putri (Putri,  2007),  rata-rata  kadar  alkohol  yang terkandung di dalam tape ketan setelah proses
inkubasi  selama  tiga  hari  berkisar  1,4%-1,9%. Sedangkan  menurut  Zainal  Berlian,  dkk. (Berlian  et  al.,  2016)  perubahan  kadar alkohol pada  proses  fermentasi  semakin  meningkat seiring  dengan  penambahan  konsentrasi  ragi. Pengukuran  perubahan  kadar  alkohol  pada proses fermentasi ketan harus dilakukan secara real time . Oleh karenanya, pengukuran secara manual  kurang  efektif  dalam  memonitoring kandungan  alkohol.  Pengukuran real  time memerlukan perangkat monitoring yang mampu  merekam  perubahan  kadar  alkohol yang terbentuk dalam proses fermentasi.
Perancangan  sistem monitoring kadar alkohol  pada  proses  fermentasi  tape  ketan dapat memanfaatkan sensor-sensor pendeteksi  alkohol.  Sensor  yang  digunakan antara  lain,  sensor TGS 2620  dan MQ-3 (Rohmanto,  2014;  Satria    Wildan,  2013). Monitoring alkohol pada proses fermentasi tape telah  dilakukan  oleh  Abdillah  (Abdillah,  2016), alat  tersebut  mampu  mendeteksi  kandungan alkohol  dengan  rata-rata error pengukuran
sebesar 3,6%. Antika (Antika et al., 2018) telah membandingkan  unjuk  kerja  antara  kedua sensor  tersebut.  Hasil  yang  didapatkan menunjukkan  akurasi  sensor TGS  2620 lebih tinggi  dibandingkan  dengan  sensor MQ-3 . Selain  itu,  sensor TGS  2620 memiliki  harga yang relatif terjangkau (Figaro, 2003).
Penelitian ini berfokus pada perancangan  sistem  monitoring  gas  alkohol pada proses fermentasi ketan berbasis sensor TGS 2620 .

## METODE PENELITIAN
Sistem monitoring alkohol berbasis sensor TGS  2620 merupakan  sensor resistive dan memiliki  sensitivitas  cukup  baik  terhadap pendeteksian alkohol. Terdapat empat komponen  utama  penyusun  sistem monitoring gas alkohol pada fermentasi ketan yaitu sensor TGS  2620 ,  Modul Arduino  UNO dengan mikrokontroler AtMega328P , Modul Data Logger, dan  wadah  fermentasi  ketan.  Sensor TGS  2620 pada  sistem  berfungsi  sebagai monitoring gas alkohol pada proses fermentasi. Mekanisme kerja dari sistem monitoring gas ini yaitu sensor TGS 2620 mendeteksi gas alkohol yang dihasilkan pada saat fermentasi berlangsung dengan keluaran berupa nilai ADC . Disain  sistem  ditampilkan  dalam  blok  diagram pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram blok sistem pendeteksi gas alkohol.
Nilai ADC yang terbaca pada sensor akan dikonversi  menjadi  persentase  kadar  alkohol berdasarkan  fungsi  kalibrasi.  Fungsi  kalibrasi tersebut  diperoleh  dari  hasil  pengukuran konsentrasi menggunakan alat standar alkoholmeter.  Akuisisi  data  dilakukan  setiap rentang waktu 5 menit selama 3 hari yang telah terprogram dalam sketch Arduino .
Pada  sistem  terdapat  tiga  buah  sensor yang  pengoperasiannya  dilakukan  secara bersamaan  untuk  me- monitoring kandungan alkohol  pada  masing-masing  variasi  ragi  yang digunakan.  Modul Arduino  Uno dan Data Logger berfungsi sebagai perangkat pengendali sistem dan perekam data real time pada saat fermentasi berlangsung. Sementara wadah  fermentasi  berupa  wadah  tertutup
berbahan  kaca  yang  ditempatkan  di  dalam kotak s tyrofoam. Penggunaan kotak styrofoam difungsikan  sebagai  isolasi  untuk  mengurangi pengaruh  suhu  dari  luar  sistem.  Desain perangkat sistem monitoring gas alkohol dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Perangkat sistem monitoring gas alkohol.
Proses kalibrasi sistem pendeteksi gas alkohol dilakukan dengan membandingkan data pembacaan
sampel menggunakan
Alkoholmeter.    Terdapat  lima  variasi  sampel larutan  alkohol  yang  digunakan  yaitu  1%,  2%, 3%, 4%, dan 5%. Proses pengalibrasian sistem dilakukan dengan cara mendekatkan sensor ± 2  cm  dari  sampel  larutan  alkohol  selama  17 menit,  sehingga  didapatkan  hasil  pembacaan sensor  terhadap  kelima  sampel  larutan. Performa  sensor  dalam  me- monitoring kadar alkohol selama proses inkubasi dilihat dari nilai akurasi,  presisi,  lama  waktu  pemanasan,  dan waktu  respon  selama  pengukuran.  Perubahan kandungan gas alkohol ketika proses fermentasi  dilakukan  pada  tiga  variasi  sampel ragi  yang  di  berikan  yaitu  0,5%,  1,0%,  dan 1,5 % pada 100 gram ketan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembacaan  sensor TGS  2620 terhadap kadar alkohol selama proses fermintasi berupa nilai ADC .  Hubungan  perubahan  nilai ADC dengan  persentase  kadar  alkohol  dapat dimodelkan melalui pendekatan kurva logaritmik  (Aditama  et  al.,  2020),  sehingga didapatkan  fungsi  alih.    Fungsi  alih  tersebut digunakan sebagai fungsi konversi antara nilai ADC dengan  persentase  alkohol,  sehingga sistem  akan  mampu  membaca  konsentrasi alkohol secara langsung. Hubungan pembacaan  nilai  sensor  TGS  2620  dengan alkoholmeter  sebagai  alat  ukur  standar ditampilkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik hubungan persentase alkohol dengan nilai ADC .
Proses  pendeteksian  alkohol  oleh  sensor yaitu  dengan  cara  membaca  hasil  perubahan resistivitas  yang  di  wakilkan  oleh  nilai ADC . Nilai ADC yang terbaca akan berbanding lurus dengan  kadar  gas  alkohol  yang  diterima  oleh sensor. Semakin tinggi kadar gas yang terbaca menyatakan  bahwa  sensor  mengalami  reaksi oksidasi sehingga konduktivitas meningkat, dan resistivitas akan berkurang.
Gambar 4 menunjukkan grafik pendeteksian  gas  alkohol  pada  ketiga  sensor yang digunakan. Ketika sensor dalam keadaan base line (belum diberikan alkohol) pembacaan nilai ADC akan  berfluktuasi.  Hal  tersebut dikarenakan sensor memerlukan waktu pemanasan  ( warmup )  selama  beberapa  saat sebelum sensor dapat beroperasi secara baik. Pada saat pemberian sampel, nilai ADC untuk semua  sensor  akan  meningkat  sesuai  dengan konsentrasi larutan yang digunakan.
Sedangkan,  pada  saat  sensor  dijauhkan  dari sampel larutan, nilai ADC sensor akan kembali menurun  ( recovery  time )  hingga  pada  kondisi awal (Aditama et al., 2020).
Response  time merupakan  waktu  yang dibutuhkan sensor untuk dapat membaca suatu data ( ADC ) pada saat sensor diberikan sampel larutan.  Dalam  hal  ini,  penentuan Response time sensor TGS  2620 ditentukan  pada  saat sensor  membaca  nilai ADC maksimum.  Hasil yang didapatkan yaitu untuk setiap konsentrasi alkohol memiliki Response time yang berbeda- beda.  Konsentrasi  alkohol  yang  tinggi  akan menghasilkan Response time semakin cepat.
(a) (b) (c)
Gambar  4. Pendeteksian  gas  alkohol  pada Sensor: a) Sensor 1, b) Sensor 2, c) Sensor 3.
Akurasi  sensor  pada  masing-masing sensor  adalah  sebagai  berikut:  Sensor  1 memiliki  akurasi  sebesar  98,33%,  Sensor  2 memiliki akurasi sebesar 98,28%, dan Sensor 3 memiliki  akurasi  sebesar  96,29  %.  Data tersebut menunjukkan sensor memiliki akurasi yang  tinggi  pada  pembacaan  konsentrasi  gas alkohol.  Sedangkan  untuk  penentuan  presisi sensor  didapat  dengan  cara  me- monitoring sampel larutan kalibrasi selama kurang lebih 15 menit, dan diperoleh nilai presisi data tidak jauh berbeda  untuk  masing-masing  sensor  yaitu: Sensor  1  sebesar  99,79%,  Sensor  2  sebesar 99,77%  ,  dan  Sensor  3  dengan  presisi  data sebesar  99,74%.  Adapun  waktu  pemanasan
untuk  sistem  monitoring  alkohol  selama  3,75 menit (Gambar 5). Sensor yang terdapat pada sistem monitoring alkohol  akan  stabil  setelah melewati  waktu  pemanasan  tersebut.  Oleh karena  itu  pengambilan  data  untuk  me- monitoring kandungan alkohol pada fermentasi ketan  dilakukan  pemanasan  sensor  dengan selang waktu tersebut.

## Monitoring Kandungan Alkohol pada

## Proses Fermentasi
Dilakukan  pengukuran  kadar  alkohol dengan sistem monitoring berbasis sensor TGS 2620  selama  proses  fermentasi  ketan  dengan jangka  waktu  inkubasi  tape  selama  3  hari. Terdapat  tiga  variasi  sampel  tape  ketan, dengan masing-masing tape diberikan persentase kandungan ragi yang berbeda-beda (0,5 %, 1,0 % dan 1,5%) pada 100 gram ketan. Hasil pengujian sistem monitoring alkohol pada fermentasi ketan pada penelitian ini ditampilkan setiap 5 menit yang telah diatur pada program Arduino ).
Pada  Gambar  5  dapat  diketahui  bahwa pada  sampel  dengan  persentase  ragi  yang tinggi akan mampu menghasilkan kadar alkohol yang  relatif  lebih  cepat.  Pada  penelitian  ini sampel  tape  ketan  yang  diberikan  ragi terbanyak  mampu  menghasilkan  gas  alkohol tercepat  yaitu  saat  waktu  inkubasinya  adalah 3,9 jam yang didapatkan pada sampel dengan jumlah  ragi  1,5%.  Hal  ini  disebabkan  karena kandungan ragi yang semakin banyak memiliki bakteri sebagai agen fermentasi yang semakin banyak  pula,  sehingga  menghasilkan  waktu reaksi fermentasi yang lebih cepat (Berlian et al., 2016).
Gambar 5 . Grafik PerubahanPersentase Alkohol Terhadap Waktu inkubasi.
Hasil  pengamatan  menunjukkan  bahwa fermentasi  ketan  memerlukan  total  waktu inkubasi  secara  keseluruhan  yaitu  37,25  jam untuk  mendapatkan  hasil  persentase  alkohol
yang konstan hingga batas akhir waktu inkubasi yang  telah  ditentukan.  Fenomena  ini  diduga terjadi karena selama proses inkubasi mikroorganisme Saccharomyces  cerevisiae yang digunakan pada fermentasi ketan berada pada  fase  stasioner  (Hikmah,  2018).  Fase stasioner  merupakan  fase  pertumbuhan  dan kematian  bakteri  terjadi  secara  seimbang sehingga  berdampak  pada  kandungan alkohol yang  relatif akan bernilai konstan  seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Pengaruh Waktu Inkubasi dan Persentase Ragi Terhadap Kadar
Alkohol yang dihasilkan. No. Waktu Inkubasi (jam) Kadar Alkohol (%) Ragi 0,5% Ragi 1 % Ragi 1,5% 1. 24 0.73 1.08 1.38 2. 38 0.92 1.25 1.63 3. 72 0.92 1.25 1.63
Adapun  karakteristik  persentase  kadar alkohol yang dihasilkan pada proses fermentasi ketan (Tabel 1) menunjukkan bahwa pada saat sampel  diinkubasi  selama  24-37  jam  sampel tersebut  mengalami  peningkatan  persentase alkohol, namun ketika waktu inkubasi 38-72 jam, sampel tersebut tidak lagi mengalami peningkatan persentase alkohol dan cenderung memiliki  nilai  yang  konstan  atau  pada  fase stasioner.

## SIMPULAN DAN SARAN
Sistem monitoring kandungan gas alkohol pada  fermentasi  ketan  berbasis  sensor TGS 2620 pada Arduino Uno dan modul Data Logger mampu  mendeteksi  kadar  alkohol . Adapun karakteristik sensor TGS 2620 yang digunakan memiliki  akurasi  98,33%,  presisi  sebesar 99,79%, warmup selama  3,75  menit,  dan response  time 10,83  menit.  Hasil monitoring kandungan alkohol pada fermentasi ketan yaitu kadar  alkohol  akan  semakin  tinggi  seiring dengan  penambahan  ragi  dan  waktu  inkubasi yang  diberikan.  Kadar  alkohol  terukur  antara 0,73% sampai  1,63%.

## DAFTAR RUJUKAN
Abdillah,  M.  N.  (2016). Rancang  Bangun  Alat Pendeteksi  Kualitas  Tape  Singkong dengan Sensor MQ3  dan Sensor LDR Berbasis fuzzy logic . Universitas Jember.
Aditama,  F.  A.,  Zulfikri,  L.,  Mardiana,  L.,
Mulyaningsih,  T.,    Qomariyah,  Nurul Wirawan,  R.  (2020).  Electronic  nose sensor development using ANN backpropagation for Lombok Agarwood classification. Res. Agr. Eng.
Antika, E., Susmiati, Y.,  Nuha, F. U. (2018).
Perbandingan Alat Baca Kadar
Bioetanol. Konferensi  Nasional  Sistem Informasi 2018 . Berlian, Z., Aini, F.,  Ulandari, R. (2016). Kadar Alkohol  Pada  Tapai  Ketan  Putih  Dan Singkong. Jurnal Biota . Cahyadi,  W.  (2006). Analisis  dan  Aspek Kesehatan  Bahan  Tambahan  Pangan . Bumi Aksara. Figaro, G. (2003). General Information for TGS Sensors . Figaro Enggineering Inc. Hikmah,  J.  (2018). Pengaruh  pH  dan  Suhu Terhadap  Aktivitas  Antibakteri  Bekatul Terfermentasi  Oleh  Rhixopus  Oryzae . Universitas Islam Negeri Malang. Peraturan  Menteri  Kesehatan  RI  Nomor 86/Men,kes/PER/ IV/1997 tentang Minuman Keras, (2018). Putri,  Y.  N.  (2007). Mempelajari  Pengaruh Penyimpanan  Tape  Ketan  Terhadap
Daya Terima Konsumen . Institut
Pertanian Bogor. Rohmanto.  (2014). Penerapan  Sensor  TGS 2620 sebagai Pendeteksi Kadar Alkohol pada Produk Pangan Berbasis Mikrokontroller ATMEGA8535 . Universitas Lampung.
Satria,  V.  A.,    Wildan.  (2013).  Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Alkohol Pada Cairan  Menggunakan  Sensor  MQ-3 Berbasis Mikrokontroller AT89S51. Jurnal Fisika Unand .