## ANALISIS KADAR AIR DALAM MADU MENGGUNAKAN KOMBINASI METODE KAPASITANSI DAN INDEKS BIAS
N.K. Indah Swari 1 , Rahadi Wirawan 1* , Nurul Qomariyah 1 , Kasnawi Al Hadi 1
1 Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Mataram, Jl. Majapahit No. 62, Mataram,
Indonesia Info Artikel

## Abstrak
Sejarah Artikel: Diterima November 2018 Disetujui Juni 2019 Dipublikasikan Juni 2019
Telah  dilakukan  penelitian  analisis  kadar  air  madu menggunakan kombinasi metode kapasitansi dan indeks bias. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  hubungan konstanta dielektrik dan indeks bias terhadap kadar air dalam madu  berdasarkan Standar  Nasional  Indonesia (SNI)  01- 3545-2004.  Pada penelitian dilakukan 5  variasi penambahan air  (0,  2,5  ml,  5  ml,  7,5  ml  dan  10  ml)  untuk  setiap  sampel madu  Sumbawa,  madu  Trigona  dan  madu  kemasan.  Hasil interpretasi  data  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  nilai konstanta  dielektrik  madu  mengindikasikan  semakin  rendah kadar  air  dalam  madu  dan  semakin  rendah  nilai  indeks  bias madu  menunjukkan  kadar  air  dalam  madu  semakin  besar. Selain  itu  juga, kadar  air  dalam  madu  kemasan  dan  madu Sumbawa  berada  dalam  rentang  kadar  air yang  disyaratkan SNI  (<  22%)  berdasarkan  nilai  indeks  bias sementara  untuk madu Trigona tidak berada dalam rentang tersebut.
© 2019  Universitas Islam Negeri Mataram
Kata Kunci: Madu, kapasitansi, konstanta dielektrik, indeks bias, kadar air
* Corresponding Author: rwirawan@unram.ac.id

## Alamat korespodensi:
Program  Studi  Fisika, Fakultas Matematika  dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mataram, Jl.  Majapahit No. 62 Mataram 83125, Mataram, Indonesia Email: rwirawan@unram.ac.id

## KONSTAN JURNAL FISIKA DAN PENDIDIKAN FISIKA
Volume 4, Nomor 1, Juni 2019 E-ISSN : 2460-9129 dan P-ISSN : 2460-9110 http://jurnalkonstan.ac.id/index.php/jurnal

## PENDAHULUAN
Madu  merupakan  cairan  kental  manis  hasil  produksi  lebah  madu  dengan bahan  dasar  yang  bersumber  dari  nektar  bunga.  Madu  terdiri  dari  campuran kompleks  82,0%  karbohidrat  (sukrosa, fruktosa,  maltosa),  0,3% protein, 17,0%  air dan antioksidan. Selain gula, madu juga mengandung vitamin B kompleks, vitamin C  dan  berbagai  macam  mineral  [1].  Indeks  bias  madu  cukup  tinggi  sebesar  1,5 dengan  berat  jenis  1,4  dan  pH  rata-rata  4  [2].  Madu  banyak  dimanfaatkan  sebagai sumber  nutrisi  dan  pengobatan  di  bidang  kesehatan  dimana  madu  memiliki kandungan energi sebesar 3.280 kal/gr, dan mengandung nutraceuticals yang efektif menghilangkan  radikal  bebas  dari  tubuh  manusia  [3].  Selain  itu,  madu  memiliki kemampuan  meningkatkan  kecepatan  pertumbuhan  jaringan  baru  [4],  dan  dapat mengendalikan  pertumbuhan  bakteri  [5],  serta  meningkatkan  antioksidan  plasma [6]. Di pasaran banyak dijumpai berbagai jenis madu kemasan maupun madu lokal seperti halnya madu Sumbawa dan madu Trigona dengan kualitas dan karakteristik yang  berbeda-beda.  Tindakan  pemalsuan  kemurnian  madu  yang  sengaja  dilakukan maupun  proses  penyimpanan  yang  kurang  baik  dapat  menyebabkan  penurunan kualitas  madu.  Oleh  karena  itu,  monitoring  pengujian  kualitas  sangat  penting dilakukan guna menjaga agar madu memenuhi standar mutu yang diijinkan.
Salah  satu  parameter  yang  menentukan  kualitas  suatu  jenis  madu  adalah kadar air selain kadar keasamaan, gula pereduksi, dan kandungan sukrosa. Kadar air dalam  madu  dipengaruhi  oleh  kelembaban  lingkungan  dimana  semakin  tinggi kelembaban  menyebabkan  kadar  air  dalam  madu  akan  semakin  tinggi.  Kadar  air yang  tinggi  dapat  memicu  pertumbuhan  dan  berkembangnya  khamir  [7].  Oleh karenanya,  badan  standar  mutu  nasional  mensyaratkan  kadar  air  yang  diijinkan berdasarkan SNI 01-3545-2004 tidak boleh melebihi batas 22% [8].
Air  merupakan  salah  satu  material  dielektrik  sementara  madu  memiliki sifat  higroskopis  atau  mudah  menyerap  air.  Keberadaan  air  dalam  madu  akan mempengaruhi  sifat  dielektriknya.  Oleh  karena  itu, penentuan  kadar  air  dalam madu  dapat  dilakukan  menggunakan  metode  kapasitasi  yaitu  melalui  pengukuran nilai  konstanta  dielektrik.  Metode  ini  telah  diaplikasikan  untuk  mengevaluasi aktivitas dan pertumbuhan akar dimana kandungan air tanah sangat mempengaruhi hasil pengukuran [9], penentuan konstanta dielektrik minyak cengkeh  [10]. Selain metode  kapasitansi,  metode  pengukuran  indeks  bias  ( refraction  index )  juga  dapat digunakan  untuk  menentukan  kadar  air  dalam  madu.  Air  berperan  sebagai  pelarut dalam  suatu  larutan,  keberadaan  air  akan  mempengaruhi  densitas  larutan  yang secara  signifikan  akan  memberikan  pengaruh  pada  sifat  optis  larutan  yaitu  indeks bias [11]. Metode ini telah berhasil diaplikasikan pada pengukuran kadar air dalam minyak cengkeh [10]. Dalam tulisan ini, dipaparkan analisis kadar air dalam madu berdasarkan  nilai  konstanta  dielektrik  dan  nilai  indeks  biasnya.  Jenis  madu  yang dianalisis adalah madu kemasan, madu Sumbawa dan madu Trigona.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  terdiri  atas  beberapa  tahapan  antara  lain  perancangan  sistem instrumentasi,  kalibrasi  alat,  pengambilan  data,  pengolahan  dan  interpretasi  data. Pengambilan  data  dilakukan  melalui  pengukuran  nilai  kapasitansi  dan  nilai  indeks bias sampel madu. Kapasitansi merupakan suatu nilai yang menyatakan kemampuan suatu  bahan  menyimpan  muatan  listrik.  Dalam  penelitian  ini,  pengukuran  nilai
kapasitansi  dilakukan  dengan  menggunakan  model  kapasitor  plat  sejajar  yang tersusun  oleh  dua  buah  keping  plat  konduktor  yang  dipisahkan  pada  jarak  tertentu (Gambar 1a). Besarnya nilai kapasitansi kapasitor tersebut ditentukan menggunakan formulasi berikut [12].
d A C 0 0   (1)
dimana A adalah  luasan  plat  sejajar, d adalah  jarak  antara  plat  dan  0 adalah permitivitas listrik ruang hampa.
Gambar 1. Sebuah Kapasitor yang Diberi Muatan (a) tanpa dielektrik dan (b) adanya bahan dielektrik diantara kedua kepingnya [12].
Keberadaan  suatu  bahan  dielektrik  diantara  kedua  plat  kapasitor  (Gambar 1b)  menyebabkan  adanya  perubahan  nilai  kapasitansi  kapasitor.  Besarnya perubahan  nilai  tersebut  sebanding  dengan  konstanta  dielektrik  seperti diungkapkan melalui formulasi [12].
d A C 0    (2)
Pada  penelitian  ini,  bahan  yang  ditempatkan  diantara  kedua  pelat  tersebut adalah  sampel  madu.  Pengukuran  nilai  kapasitansi  dilakukan  menggunakan kapasitansi  meter  tipe  CM8601A+  dengan  susunan  peralatan  seperti  ditampilkan pada Gambar 2a. Wadah sampel madu terbuat dari plat akrilik, dimana plat akrilik tersebut  juga  bertindak  sebagai  bahan  dielektrik.  Keberadaan  akrilik    tersebut diperhitungkan  sebagai  susunan  seri  kapasitor  (Gambar  2b).  Kombinasi  kapasitor seri digunakan untuk mengetahui pengaruh akrilik terhadap pengukuran kapasitansi kapasitor dan kapasitansi udara.
Pada  tahap  selanjutnya  dilakukan  pengukuran  indeks  bias  madu  yang merupakan parameter optik.  Indeks bias menyatakan kemampuan cahaya merambat dalam  suatu  bahan  berdasarkan  keberadaan molekul-molekul  penyusunnya.  Indeks bias  ( n )  dinyatakan  sebagai  rasio  antara  kelajuan  cahaya  dalam  ruang  hampa  ( c ) udara terhadap kelajuan cahaya dalam suatu bahan  ( v ) seperti diungkapkan melalui persamaan (3) berikut.
Gambar 2. Skematik Susunan Peralatan
v c n  (3)
Adapun  besarnya  nilai  indeks  bias  tersebut  sangat  bergantung  pada  parameter densitas  medium  (  ),  berat  molekul  ( W )  dan  refraktivitas  molar  ( A m )  yang diungkapkan dalam formulasi Lorentz-Lorentz berikut [11].
m A W n n     2 1 2 2 (4)
Selain  itu,  indek  bias  juga  memiliki  keterkaitan  dengan  parameter  konstanta dielektrik (  ) yang diungkapkan dalam hubungan [13].
  2 / 1   n ` (5)
Pengukuran  nilai  indeks  bias  madu  dilakukan  untuk  5  variasi  penambahan volume  air  yaitu  0,  2,5  ml,  5  ml,  7,5  ml  dan  10  ml  dengan  volume  total  larutan madu 20  ml. Peralatan  yang  digunakan  dalam pengukuran  nilai  indeks  bias  adalah Reffraktometer Abbe .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Kalibrasi
Kalibrasi dilakukan dalam penentuan indeks bias udara. Dalam menentukan indeks bias udara, kapasitansi kapasitor didasarkan sebagai rangkaian seri kapasitor seperti tampak pada Gambar 3. Pengukuran nilai kapasitansi akrilik diperoleh 10 pF dan  nilai  konstanta  dielektrik  (  A )  2,831.  Sementara  itu,  hasil  pengukuran kapasitansi  kapasitor  (C p )  dibandingkan  dengan  perhitungan  teoritis  ( C T ) ditampilkan pada Tabel 1.
Berdasarkan  hasil  perhitungan  kapasistansi  udara  menggunakan  rangkaian seri  kapasitor  akrilik-udara-akrilik  diperoleh  sebesar 41,933 pF dengan  indeks bias udara ( n u ) sebesar 1. Sementara itu hasil pengukuran dengan 5 perulangan (Tabel 2) diperoleh indeks bias udara pengukuran ( n up ) sebesar 1,047 dengan error 4,681%.

## Tabel 1. Hasil Pengukuran Kapasitansi Kapasitor
No. C T (pF) C p (pF) | C T - C p | (pF) Error (%) 1 24,573 25,900 1,327 5,4 2 24,573 25,900 1,327 5,4 3 24,573 25,900 1,327 5,4 4 24,573 25,900 1,327 5,4 5 24,573 25,900 1,327 5,4
Tabel 2. Hasil Pengukuran Indeks Bias Udara
No. C Up (pF) n Up n UP Error n U (%) 1 45,950 1,047 1,000 4,681 2 45,950 1,047 1,000 4,681 3 45,950 1,047 1,000 4,681 4 45,950 1,047 1,000 4,681 5 45,950 1,047 1,000 4,681 Kalibrasi refraktometer dilakukan untuk mengetahui keakuratan refraktometer  dalam  membaca  indeks  bias.  Pembacaan  indeks  bias  air menggunakan refraktometer ( n aP ) menunjukkan nilai yang sesuai dengan indeks bias air  secara  teori  ( n aT )  yaitu  1,333  dan  berdasarkan  hasil  tersebut  dapat  dilakukan tahapan pengambilan data kapasitansi kapasitor dan indeks bias madu.

## B. Analisis Konstanta Dielektrik Madu
Saat  suatu  bahan  dielektrik  seperti  halnya  madu  dimasukkan  di  antara keping-keping  kapasitor,  kapasitansi  kapasitor  meningkat  sebesar  faktor κ yang merupakan konstanta dielektrik madu. Kapasitansi awal kapasitor adalah 24,573 pF sedangkan  nilai  kapasitansi  kapasitor  setelah  dimasukkan  madu  di  antara  keping- kepingnya  mengalami  peningkatan  yang  bervariasi  untuk  ketiga  jenis  madu.  Pada Gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  kapasitansi  tertinggi  diperoleh  tanpa  perlakuan penambahan  volume  air  ( Va )  sedangkan  kapasitansi  terendah  diperoleh  saat dilakukan penambahan volume air sebanyak 10 ml.
Polarisasi muatan yang terjadi pada dielektrik (madu) menimbulkan medan listrik  internal  yang  menyebabkan  pengurangan  medan  listrik  efektifnya  (resultan medan  listrik).  Pengurangan  medan  listrik  efektif  ini  berdampak  pada  nilai konstanta  dielektrik  menjadi  lebih  tinggi.  Berdasarkan  Gambar  3  diketahui  bahwa semakin  besarnya  penambahan  volume  air  pada  madu  menyebabkan  nilai kapasitansi mengalami penurunan, hal ini terjadi karena air bersifat sebagai molekul polar.  Molekul  polar  memiliki  arah  yang  acak  ketika  tidak  ada  medan  eksternal yang  mempengaruhinya.  Saat  terdapat  medan  eksternal  akibat  muatan  kapasitor, molekul-molekul  akan  menjadi  lebih  searah  dengan  medan  listriknya  sehingga
meningkatkan  medan  listriknya  dan  mengakibatkan  kapasitansi  kapasitor mengalami penurunan.
Gambar 3. Perbandingan Penambahan Volume Air dalam Madu Terhadap Kapasitansi
Kapasitor
Gambar 4. Konstanta  Dielektrik  Akibat  Penambahan Volume Air Pada Madu

## C. Analisis Indeks Bias Madu
Indeks  bias  madu  diperoleh  dari  konstanta  dielektriknya  berdasarkan hubungan  persamaan  (5).  Setiap  variasi  penambahan  volume  air  pada  madu menghasilkan  penurunan  pada  indeks  biasnya  (Gambar  5).  Semakin  besar penambahan volume air menyebabkan kerapatan antar molekul pada madu menjadi lebih rendah yang ditandai dengan semakin cair madu tersebut sehingga sinar yang mengenai  madu  mudah  untuk  dibiaskan  saat  dilakukan  pengukuran  menggunakan refraktometer.  Semakin  mudah  sinar  dibiaskan  menyebabkan  indeks  bias  madu semakin  rendah.  Hal  ini  terjadi  karena  sifat  air  yang  mudah  membiaskan  cahaya. Sebaliknya,  semakin  rendah  penambahan  volume  air  pada  madu  menyebabkan kerapatan antar molekul madu menjadi lebih tinggi yang ditandai dengan semakin kental  madu  tersebut  sehingga  sinar  yang  mengenai  madu  lebih  sulit  untuk dibiaskan dan menyebabkan indeks biasnya tinggi.
Gambar 5. Perbandingan Variasi Penambahan Volume Air Terhadap Indeks Bias Madu
Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa  kerapatan  medium  (larutan  madu) memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai indeks bias larutan madu. Hal ini  sesuai  dengan  yang  diungkapkan  oleh  Jonasz  dan  Fournier  (2007)  bahwa densitas  medium,  berat  molekul  dan  refraktivitas  molar  adalah  parameter- parameter yang mempengaruhi nilai indeks bias [13].

## D. Hubungan Indeks Bias terhadap Kadar Air Dalam Madu
Indeks bias madu dalam penelitian ini ditentukan menggunakan dua metode yaitu  menggunakan  pengukuran  indeks  bias  dengan Refraktometer  Abbe dan menggunakan kapasitor. Penentuan indeks bias udara berdasarkan nilai kapasitansi kapasitor  ditentukan  menggunakan  persamaan  (5).  Setelah  dilakukan  tahapan analisis data diperoleh kadar air dalam madu ditampilkan pada Gambar 6-8 berikut.
Gambar 6. Hubungan Indeks Bias Terhadap Kadar Air Dalam Madu Sumbawa
Gambar 7. Hubungan Indeks Bias Terhadap Kadar Air Dalam Madu Trigona
Gambar 8. Hubungan Indeks Bias Terhadap Kadar Air Dalam Madu Kemasan
Madu  yang  berkualitas  baik  memiliki  kadar  air  yang  rendah  yang mengindikasikan  bahwa  madu  yang  lebih  kental  memiliki  kadar  air  dalam  madu yang  lebih  rendah.  Berdasarkan  grafik  (Gambar  6-8)  diperoleh  bahwa  kadar  air dalam  madu  berbanding  terbalik  dengan  indeks  bias  yang  dimilikinya.  Semakin besar  indeks  biasnya  semakin  rendah  kadar  air  yang  terkandung  dalam  madu tersebut  begitu  juga  sebaliknya.  Hubungan  antara  keduanya    dapat  diungkapkan dalam persamaan garis linier y = -396,1 x + 608,8 dengan variabel x adalah indeks bias madu dan variabel y menyatakan kadar air dalam madu.
Hasil  pengukuran  indeks  bias  madu  menggunakan  refraktometer menunjukkan  bahwa  madu  kemasan  dan  madu  Sumbawa  berada  dalam  rentang kadar air yang sesuai dengan SNI yaitu dibawah 22%.  Sementara itu berdasarkan perhitungan menggunakan hubungan konstanta dielektrik dan indeks bias diperoleh bahwa  kadar  air  dalam  madu  kemasan,  madu  sumbawa  dan  madu  trigona  tidak berada  dalam  rentang  yang  disyaratkan  dalam  SNI.  Adapun  perbedaan  hasil  ini diakibatkan  kapasitor  yang  dibuat  memiliki  error  pengukuran  kapasitansi  sebesar 5,4%.  Nilai error ini  mengakibatkan  pergeseran  nilai  kadar  air  yang  cukup
signifikan  sehingga  perlu  dikembangkan  suatu  metode  pengukuran  untuk mereduksi error tersebut.

## SIMPULAN DAN SARAN
Kadar  air  dalam  madu  dapat  ditentukan  berdasarkan  kombinasi karakteristik  kelistrikan  dan  optiknya,  yaitu  hubungan  antara  parameter  konstanta dielektrik dan indeks bias dengan kadar air. Semakin tinggi kadar air dalam madu, nilai  konstanta  dielektrik  semakin  rendah  dan  begitu  pula  halnya  dengan  nilai indeks bias yang semakin kecil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Codex  Alimentarius  Commission.  2001. Codex  Standard  for  Honey, Standards and Standard Methods . Roma.
[2] Amabye TG, Mekonen F. 2016. Phytochemical and Biochemical Composition of  Wild  Honey  A  Case  Study  in  Eastern  Zone  Areas  in  Tigray  Ethiopia .
Journal  of  Nutritional  Health  &  Food  Engineering,  4(4):  00141.  DOI:
10.15406/jnhfe.2016.04.00141, p1-6.
[3] Muhamad,  F.  S.  2012. Madu  dan  Khasiatnya  :  Suplemen  Sehat  Tanpa  Efek Samping . Yogyakarta: Diandra Pustaka Indonesia.
[4] Wineri, Esi, Rasyid, R., Alioes, Y. 2014. Perbandingan Daya Hambat Madu Alami  dengan  Madu  Kemasan  secara  In  Vitro  terhadap  Streptococcus  beta hemoliticus  Group  A  sebagai  Penyebab  Faringitis .  Sumatera  Barat: Universitas Andalas .
[5] Alvarez-Suarez, J.M., et al. 2014. The Composition and Biological Activity of Honey: A Focus on Manuka Honey . Foods 2014, 3 ,
doi:10.3390/foods3030420, p. 420-432.
[6] Asaduzzaman, M, et al. 2015. Analysis of Biochemical Composition of Honey and Its Anti-Oxidant, Phytochemical and Anti-Bacterial Properties . Amerika: American Chemical Society.
[7] Dyah,  D.  W.  2017. Kualitas  Madu  (Keasaman,  Kadar  Air  dan  Kadar  Gula Pereduksi) Berdasarkan Perbedaan  Suhu Penyimpanan . Surabaya: Universitas Nahdlatul Ulama. [8] Badan Standar Nasional Indonesia SNI 01-3545-2004, https://www.slideshare.net/Fitrijasmineandriani/sni-01-35452004-madu  yang diakses pada 3 Mei 2018 10.08 WITA.
[9] Cseresnyés, I., et al. 2018. Application of Electrical Capacitance Method for Prediction  of  Plant  Root  Mass  and Activity  in  Field-Grown  Crops . Frontiers in Plant Science, 9 (93) doi: 10.3389/fpls.2018.00093, p. 1-11.
[10] Budiarti, D.D. 2015. Penentuan Indeks Bias dan Konstanta Dielektrik Minyak Cengkeh ( Clove Oil ). Jawa Timur: Fakultas MIPA Universitas Jember.
[11] Jonasz,  M.  &  Fournier,  G.,  R.  2007. Light  Scattering  by  Particles  in  Water Theoretical and Experimental Foundations , USA: Elsevier.
[12] Serway, J. 2010. Fisika untuk Sains dan Teknik . Jakarta : Salemba Teknika.
[13] Fowles,  G.R.  1989. Introduction  to  Modern  Optics  Second  Edition .  New
York: Dover Publication Inc.