A. Air
Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan makhluk hidup di bumi ini. Fungsi air bagi kehidupan tidak dapat digantikan oleh senyawa lain. Air hampir dapat melarutkan segala jenis senyawa baik senyawa organik maupun senyawa anorganik, sehingga disebut sebagai pelarut universal. Air dalam industri pangan memegang peranan penting karena dapat mempengaruhi mutu makanan yang dihasilkan. Jenis air yang digunakan berbeda-beda tergantung dari jenis bahan yang diolah, oleh karena itu perlu adanya suatu standar untuk masing-masing jenis pengolahan. Air yang digunakan pada industri umumnya harus mempunyai syarat-syarat tidak berwarna, tidak berbau, jernih, tidak mempunyai rasa, tidak mengandung besi dan mangan, serta dapat diterima secara bakteriologis yaitu tidak mengganggu kesehatan dan tidak menyebabkan kebusukan bahan pangan yang diolah (Slamet Sudarmadji, 2003).
B. Macam-macam Air
Berdasarkan keberadaan dalam bahan pangan dibagi dalam beberapa hal sebagai tersebut:
1. Air bebas : air yang terdapat dalam sitoplasma ruang antar sel,dan semua air yang terlibat dalam sirkulasi dalam jaringan bahan ,berpengaruh pada proses kerusakan bahan pangan melalui reaksi enzimatik ,proses mikrobiologi dan biokimiawi membeku pada 0 derajat celsius dan dapat mudah menguap pada suhu 70 derajat celsius.
2. Air terikat yaitu air yang terdapat dalam bahan yang terlarut maupun bahan yang bukan bersifat cairan dan menunjukan molekuler yang lebih rendah dibandingkan jenis air yang lain dalam sistem sama.menurut derajat keterikatan terbagi menjadi 4 Type:
Type I : Air yang terikat sangat kuat membentuk hidrat dan tidak membeku dalam suhu 0 derajat celsius.
Type II : Air yang membentuk hidrogen dengan molekul air lain,terdapat dalam mikrokapiler,memiliki sifat seperti air bebas.
Type III : Secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan seperti membran mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan sebagai pertumbuhan mikroba dan sebagai media reaksi kimia dan biokimia.
Type IV : Tidak terikat dalam jaringan.
3. Air Ambisi yaitu Air yang berasal dari luar bahan yang masuk kedalam bahan dan akan menyebakan penambahan volume,tetapi air ini tidak merupakan penyusun dalam bahan makanan tersebut.air tesebut berikatan dalam bahan pangan tersebut dengan ikatan hidrogen.
4. Air Kristal yaitu : yaitu air yang terikat dalam semua bahan (pangan maupun non pangan yang bersifat organik )
C. Syarat Air dalam Industri Pangan
Air dalam industri pangan memegang peranan penting karena dapat mempengaruhi mutu makanan yang dihasilkan. Jenis air yang digunakan berbeda-beda tergantung dari jenis bahan yang diolah, oleh karena itu perlu adanya suatu standar untuk masing-masing jenis pengolahan. Air yang digunakan pada industri umumnya harus mempunyai syarat-syarat tidak berwarna, tidak berbau, jernih, tidak mempunyai rasa, tidak mengandung besi dan mangan, serta dapat diterima secara bakteriologis yaitu tidak mengganggu kesehatan dan tidak menyebabkan kebusukan bahan pangan yang diolah (Slamet Sudarmadji, 2003).
Berdasarkan Permenkes nomor 907/menkes/SK/VII/2002 tanggal 29 Juli 2002 tentang Syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air, ada beberapa persyaratan atau parameter mengenai kualitas air, baik air minum maupun air bersih. Adapun parameter tesebut yaitu parameter fisik, parameter kimia, parameter mikrobiologi, dan parameter radioaktivitas. Air yang memenuhi parameter fisik adalah air yang tidak berbau, tidak berasa, tidak berwarna, jernih, dan dengan suhu sebaiknya dibawah suhu udara sedemikian rupa sehingga menimbulkan rasa nyaman.
D. Penentuan Kadar Air
Penentuan Kadar Air dengan Pengeringan (Thermogravimetri)
Prinsip penentuan kadar air dengan pengeringan adalah penguapan air yang ada dalam bahan dengan jalan pemanasan. Kemudian dilakukan penimbangan terhadap bahan hingga berat konstan yang mengindikasikan bahwa semua air yang terkandung dalam bahan sudah teruapkan semua. Penentuan kadar air dengan cara ini relative mudah, dan ekonomis. Namun terdapat beberapa kelemahan, yaitu :
1. Bahan lain selain air dapat ikut menguap dan ikut hilang bersama dengan uap air , seperti alcohol, asam asetat dan minyak atsiri
2. Dapat terjadi reaksi selama pemanasan yang menghasilkan air atau zat mudah menguap lain, seperti gula mengalami dekomposisi atau karamelisasi, lemak mengalami oksidasi, dan sebagainya
3. Bahan yang mengandung bahan yang mengikat air, secara sulit melepaskan airnya meskipun sudah dipanaskan
Bahan yang telah dikeringan, biasanya memiliki sifat higroskopis lebhi tinggi daripada bahan asalnya. Sehingga pendinginan bahan setelah pengeringan sebelum penimbangan perlu dilakukan yaitu pendinginan di desikator yang telah diberi zat penyerap air seperti kapur aktif, asam sulfat, silica gel, alumunium oksida, kalium klorida, kalium hidroksida, kalium sulfat atau barium oksida.
Silica gel yang digunakan diberi warna guna memudahkan untuk mengidentifikasi kemampuan dalam menyerap air. Silica gel akan berwarna merah muda apabila sudah jenuh, dan apabila dipanaskan menjadi kering akan berwarna biru.
Adapun metode penentuan kadar air dengan pengeringan menurut AOAC (1995) yaitu :
Sampel sebanyak 3-5 gr ditimbang dan dimasukan kedalam cawan yang telah dikeringkan dan diketahui bobotnya. Kemudian sampel dan cawan dikeringkan dalam oven suhu 105oC selama 6 jam. Cawan didinginkan dan ditimbang, kemudian dikeringkan kembali sampai diperoleh bobot konstan.
Kadar air dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
Keterangan :
W = bobot sampel sebelum dikeringkan (gr)
W1 = bobot sampel dan cawan kering (gr)
W2 = bobot cawan kosong (gr)
Untuk menganalisis masing-masing jenis mineral dapat dilakukan dengan alat Atomic Absoption Spectrophotometer (ASS). Menggunakan ASS kandungan beberapa jenis mineral didalam bahan pangan dapat ditentukan.
Salah satu upaya untuk mempercepat penguapan air serta menghindari terjadinya reaksi yang menyebabkan terbentuknya air ataupun reaksi yang lain karena pemanasan maka dapat dilakukan pengeringan dengan suhu rendah dan tekanan vakum. Pengeringan vakum digunakan pada bahan pangan yang mengandung komponen yang mudah terdekomposisi pada 100oC, atau relative banyak mengandung senyawa volatile. Prinsip metode pengeringan vakum adalah mengeringkan sampel yang mudah terdekomposisi pada 100oC didalam suatu tempat yang dapat dikurangi tekanan udaranya atau divakumkan. Dengan demikian proses pengeringan dapat berlangsung pada suhu dan tekanan rendah.
Prosedur dan perhitungan kadar air metode pengeringan-vakum adalah sama dengan metode pengeringan oven seperti tersebut diatas. Namun demikian penggunaan oven vakum relatif sedikit dibandingkan dengan oven biasa, karena harganya relatif mahal.
Penentuan Kadar Air Cara Destilasi (Thermovolumetri)
Metode destilasi digunakan untuk bahan yang banyak mengandung lemak dan komponene mudah menguap disamping air. Sampel yang diuji menggunakan metode ini memiliki sifat sama dengan sampel yang digunakan pada metode oven-vakum.
Prinsip pengukuran kadar air dengan metode destilasi adalah menguapkan air bahan dengan cara destilasi menggunakan pelarut immicible, kemudian air ditampung dalam tabung yang diketahui volumenya. Pelarut yang digunakan mempunyai titik didih lebih besar dari air, tetapi mempunyai berat jenis (bj) lebih kecil dari air. Contoh senyawa yang dapat dijadikan pelarut yaitu : toluene, xelen dan benzene.
Prosedur metode destilasi adalah diawali dengan memberikan pelarut sebanyak kira-kira 75-100 ml pada sampel yang diperkirakan mengandung air 2-5 ml. campuran ini kemudian dipanaskan hingga mendidih. Uap air dan pelarut diembunkan dan ditampung didalam tabung. Air dan pelarut saling terpisah (air dubagian bawah) dan dapat ditentukan volumenya berdasarkan skala pada tabung penampung. Metode destilasi mempunyai keuntungan, antara lain :
1. Dapat untuk menentukan kadar air bahan yang memiliki kandungan air relative kecil
2. Penentuan kadar air memerlukan waktu yang relative singkat, yaitu sekitar 1 jam
3. Terjadinya oksidasi senyawa lipida dan dekomposisi senyawa gula dapat dihindari, sehingga penentuan kadar air cukup akurat.
Penentuan Kadar Air Metode Kimiawi
Terdapat beberapa cara penentuan kadar air dengan metode kimiawi, yaitu metode titrasi karl Fischer, metode kalsium karbida, metode asetil klorida.
1. Metode Titrasi Karl Fischer. Metode ini digunakan untuk pengukuran kadar air pada bahan berupa cairan, tepung, madu dan beberapa produk kering. Sesuai dengan namanya, metode ini menggunakan reagensia Karl Fischer yang terdiri dari SO2, piridin dan iodin. Prinsip metode ini adalah melakukan titrasi sampel dengan larutan iodin dalam methanol dan piridin. Apabila masih terdapat air di dalam bahan maka iodin akan bereaksi, tetapi apabila air habis maka iodin akan bebas. Perhitungan kadar air pada metode ini yaitu dengan menggunakan rumus dibawah ini :
Dengan :
W1 = berat sampel (gr)
V1 = volume pereaksi Karl Fischer untuk titrasi sampel (ml)
V2 = volume pereaksi untuk titrasi blanko (ml)
F = faktor standarisasi pereaksi
0,4 = ekivalen air pereaksi
1. Metode kalsium klorida. Metode ini didasarkan atas rekasi antara kalsium karbida dengan air menghasilkan gas asetilin. Cara ini cukup cepat dan tidak memerlukan alat yang rumit. Jumlah asetilin yang terbentuk dapat diukur dengan beberapa cara, antara lain :
§ Selisish bobot campuran bahan sebelum dan sesudah reaksi
§ Menampung dan mengukur volume gas asetilin dalam tabung tertutup
§ Mengukur tekanan gas asetilin apabila reaksi dilakukan pada ruang tertutup
2. Metode asetil klorida. Metode ini didasarkan atas reaksi antara asetil klorida dengan air menghasilkan asam yang dapat dititrasi dengan basa. Cara ini dapat digunakan untuk menentukan kadar air bahanberupa minyak, mentega, margarin, rempah-rempah, dan beberapa bahan berkadar air rendah.
Penentuan Kadar Air Metode Fisis
Penentuan kadar air dengan metode fisisi didasarkan pada beberapa cara, yaitu :
1. Tetapan dielektrikum. Air memiliki tetapan dielektrikum sebesar 80. Zat-zat lain memiliki tetapan tertentu, seperti karbohidrat dan protein memiliki tetapan dielektrikum lebih kecil dari 10, methanol 33, etanol 24, aseton 214, benzene 2,3, dan heksan 1,9. Kontante dielektrikum dapat dituliskan rumusnya sebagai berikut :
Dengan :
F = daya tarik menarik antar dua ion yang berlawanan
e1 e2 = muatan ion-ion
r = jarak antara dua ion
Untuk mengetahui kadar air bahan diperlukan kurva standar yang melukiskan hubungan antara kadar air dengan tetapan dielektrikum dari bahan yang ingin diketahui kadar airnya. Dengan mengetahui tetapan dielektrikum bahan sejenis akan dapat dihitung kadar air bahan tersebut.
1. Daya hantar resistansi listrik atau resistensi. Air merupakan penghantar listrik yang baik. Bahan yang memiliki kandungan air tinggi akan mudah menghantarkan listrik atau memiliki resistensi yang relative kecil. Suatu zat yang dilalui aliran listrik, akan diketahui kadar airnya apabila diketahui grafik yang menggambarkan hubungan-hubungan antara kadar air dengan resistensiya. Alat yang digunakan untuk mengukur kadar air berdasarkan daya hantar listrik adalah resistensi meter atau moisture tester.
2. Resonansi nuklir magnetic atau nuclear magnetic resonance (NMR). Penentuan kadar air cara ini berdasarkan kepada sifat-sifat magnetic dari inti atom, yang mampu menyerap enersi. Dengan kondisi yang terkendali absorbsi enersi dapar merupakan index zat yang dikandungnya. Enersi yang diserap oleh inti atom hydrogen oleh molekul air dapat merupakan suatu ukuran dari banyaknya air yang dikandungnya oleh bahan tersebut. Untuk itu diperlukan kurva standar yang menggambarkan antara banyaknya enersi yang diserap dengan kandungan air.
A. Penentuan Aktivitas Air Bahan Makanan
Aktivitas air atau " Water Activity" adalah jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya. Sebagaimana diketahui, bahwa kandungan air suatu bahan tidak dapat digunakan sebagai indikator nyata menentukan ketahanan simpan. Istilah aktivitas air digunakan untuk menjabarkan air yang tidak terikat atau bebas dalam suatu sistem yang dapat menunjang reaksi biologis dan kimiawi. Air yang terkandung dalam bahan pangan, apabila terikat kuat dengan komponen bukan air lebih sukar digunakan baik untuk aktivitas mikrobiologis maupun aktivitas kimia hidrolitik. Secara kimia, Hukum RAOULT menyatakan bahwa aktivitas air berbanding lurus dengan jumlah mol zat terlarut, dan berbanding terbalik dengan jumlah mol pelarut.
dimana : n1 = jumlah mol zat terlarut
n2 = jumlah mol pelarut (air)
n1+n2 = jumlah mol larutan
Aktivitas air dinyatakan dalam angka antara 0 sampai 1.0 yang secara langsung juga sebanding dengan keadaan kelembaban nisbi 0% sampai 100%. Suatu komoditas yang dalam keadaan seimbang dengan udara berkelembaban nisbi 80 % akan mempunyai aktivitas air 0.80 dan jika kelembaban nisbi udara sekeliling 65% maka aktivitas air komoditas juga sebanding, yaitu 0.65. Dengan kata lain Aw = RH/100
Mikroba hanya dapat hidup pada besaran Aw tertentu. Sebagian besar bakteri membutuhkan Aw 0.75 – 1.00 untuk perkembangbiakannya, sedangkan beberapa khamir dan kapang dapat berkembang secara lambat pada Aw 0.62.
Bahan pangan yang mempunyai Aw 0.70 sudah dianggap cukup baik untuk disimpan, karena pada kondisi tersebut mikroba tidak dapat hidup. Dengan demikian pengeringan harus diusahakan agar Aw bahan kurang dari 0.70 agar bahan awet untuk disimpan.
Pengkuran Aw akan mencerminkan air bebas yang ada dalam bahan pangan, atau kelembaban relatif kesetimbangan (RHs) ruang tempat penyimpanan bahan pangan. Pengukuran aktivitas air dapat dilakukan dengan cara:
1. Interpolasi Grafik
Pengukuran dilakukan mula-mula dibuat beberapa tempat penyimpanan tertutup (misalnya eksikator), dimana masing-masing diatur kelembabannya dengan menggunakan larutan garam jenuh. Kemudian contoh makanan yang akan diduga Aw nya ditimbang dan kemudian disimpan pada suhu tertentu (25 °C), dan dibiarkan beberapa lama. Setelah itu contoh ditimbang kembali. Dari hasil penimbangan diperoleh data penambahan atau pengurangan berat.
Dari perpotongan garis pertambahan berat dengan garis 0, maka dapat diketahui bahwa Aw contoh adalah sebesar kira-kira 0.44. Metode ini relatif mudah, murah dan untuk keperluan praktis dapat dilakukan oleh industri pangan seperti kembang gula, makanan ringan kering, tepung dan sebagainya. Apabila metode ini digunakan, maka yang harus diperhatikan adalah suhu penyimpanan, yaitu harus dijaga seseragam mungkin, dicatat dan sedapat mungkin sesuai acuan yang dipakai.
2. Metoda Manometri
Pada suhu tetap kadar air makanan berpengaruh langsung pada tekanan uapnya. Tekanan uap ini dapat diukur secara teliti dengan metode ini dan tingkat ketelitiannya kira-kira 0.002 unit Aw).
Contoh mula-mula digerus, dimasukkan dalam sebuah labu kemudian dipasang pada alat manometer. Alat manometer kemudian divakumkan. Pada saat tersebut labu yang berisi contoh dijaga suhunya pada sekitar -80 °C. Setelah divakumkan, contoh makanan dibiarkan naik suhunya hingga mencapai suhu ruang, sedangkan manometer tetap dijaga pada tekanan 0.
Cairan yang ada pada kapiler kanan (sisi contoh) akan terdesak karena naiknya tekanan uap pada tabung contoh, dengan demikian besarnya tekanan pada tabung contoh dapat diukur. Dengan manometer, dapat dilakukan pengukuran tekanan uap dengan contoh makanan yang sama secara berulang-ulang dengan kadar air yang berbeda-beda. Caranya yaitu dengan menguapkan sebagian air yang ada pada contoh, dan penimbangan ulang. Selanjutnya diukur kembali tekanan uapnya dengan cara yang sama.
3. Metode Higrometer Rambut
Prinsip pengukuran ini didasarkan pada daya higroskopis rambut dan daya mulur rambut ketika menyerap uap air. Jika udara kering maka rambut akan mengerut, sebaliknya bila udara basah maka rambut akan mekar.
Tiga helai rambut atau lebih diikatkan pada sebuah tangkai yang berhubungan dengan pena pencatat atau jarum penunjuk skala kelembaban. Alat ini relatif kurang peka dibandingkan dengan instrumen lain, tingkat ketelitian hanya lebih kurang 0.03 aw, tetapi cukup baik untuk keperluan praktis di industri atau untuk penelitian pendahuluan, karena harga dan biaya operasionalnya relatif murah.
A. Penentuan Kelembaban Relatif dan Mutlak Bahan Makanan
Kelembaban Relatif atau Kelengasan Nisbi adalah perbandingan antara tekanan parsial uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu tertentu. Rumus untuk menghitung kelembaban relatif adalah sebagai berikut:
Dimana : RH = kelembaban relatif
P = tekanan uap air
Ps = tekanan uap air jenuh
T = suhu atmosfir
Kelembaban Mutlak (Y) adalah besaran yang digunakan untuk menentukan jumlah uap air di udara. Untuk menentukan kelembaban nisbi dan kelembaban mutlak dapat digunakan kurva psikhrometrik, dengan mengukur suhu udara basah dan suhu udara kering. Pengukuran udara kering dilakukan dengan meletakkan termometer di udara, dan suhu udara basah diukur dengan menggunakan termometer yang ujungnya dibungkus dengan kapas basah. Alat pengukur kelembaban nisbi secara langsung yang dapat digunakan dengan ketelitian yang cukup tinggi, antara lain adalah " Sling Psychrometer" dan higrometer. Sling Psychrometer terdiri dari dua termometer dan satu diantaranya dengan tandon terbungkus kain atau kapas basah (wick). Setelah wick dibasahi, maka alat tersebut diputar dan udara sekeliling akan menguapkan air yang ada pada wick tersebut.
Suhu bagian yang ada kapasnya akan turun karena untuk penguapan tersebut diperlukan kalor. Suhu bola basah akan terus turun sampai akhirnya tidak dapat turun lagi. Pada keadaan tersebut uap air yang menguap sama dengan uap air yang mengembun di kapas atau dengan kata lain suhu kapas terendah pada keadaan jenuh. Kemudian suhu yang ditunjukkan masing-masing termometer dicatat, dan kelembabannya dapat ditentukan dengan menggunakan Psychrometer chart.
Perbedaan suhu bola kering dan bola basah menunjukkan kelembaban udara itu. Makin besar perbedaan suhu yang ada, maka makin rendah kelembaban nisbi yang ada di udara sekeliling pada saat itu. Suhu bola kering pada carta psikrometrik ditunjukkan oleh garis tegak lurus, sedangkan suhu bola basah oleh garis-garis miring. Kelembaban nisbi ditunjukkan oleh garis lengkung, sedang garis-garis horizontal menunjukkan kandungan air di udara.
A. Kurva Sorpsi Isotermis
Pada kesetimbangan, hubungan antara kadar air dan kesetimbangan kelembaban relatif suatu material dapat ditampilkan secara grafis oleh suatu kurva, yang disebut isoterm serapan uap air . Untuk setiap nilai kelembaban , isoterm sorpsi menunjukkan nilai kadar air yang sesuai pada suhu konstan yang diberikan. Jika komposisi atau kualitas material berubah, maka perilaku penyerapannya juga berubah. Karena kerumitan proses penyerapan, isoterm tidak dapat ditentukan secara eksplisit dengan perhitungan, tetapi harus direkam secara eksperimental untuk setiap produk.
Hubungan antara kadar air dan aktivitas air (a) sangat kompleks. Peningkatan w biasanya disertai dengan peningkatan kadar air, tetapi secara non-linear. Hubungan antara aktivitas air dan kadar air pada suhu tertentu disebut isoterm serapan uap air. Kurva ini ditentukan secara eksperimental dan merupakan sidik jari dari sistem pangan.
Teori BET (Brunauer-Emmett-Teller) memberikan perhitungan untuk menggambarkan adsorpsi fisik molekul gas pada permukaan padat. Karena kerumitan proses, perhitungan ini hanya cukup berhasil; Namun, Stephen Brunauer dapat mengklasifikasikan isoterm sorpsi menjadi lima bentuk umum.
Dia menemukan bahwa isoterm tipe II dan tipe III membutuhkan bahan berpori atau desikan tinggi, dengan adsorpsi monolayer pertama, diikuti oleh adsorpsi multilayer dan akhirnya mengarah pada kondensasi kapiler, menjelaskan material ini kapasitas uap air tinggi pada kelembaban relatif tinggi.
Kehati-hatian harus digunakan dalam mengekstraksi data dari isoterm, karena representasi untuk setiap sumbu dapat bervariasi dalam penunjukannya. Brunauer memberikan sumbu vertikal ketika mol gas teradsorpsi dibagi dengan mol bahan kering, dan pada sumbu horizontal ia menggunakan rasio tekanan parsial gas tepat di atas sampel, dibagi dengan tekanan parsialnya pada saturasi. Isoterm yang lebih modern menunjukkan penyerapan uap air, pada sumbu vertikal, memberikan rasio berat air yang diserap dibagi dengan berat keringnya, atau rasio tersebut dikonversi menjadi persentase. Pada sumbu horizontal mereka memberikan kelembaban relatif atau aktivitas air dari udara yang disajikan ke material.
Isoterm sorpsi dinamai demikian karena keseimbangan yang ditetapkan harus untuk suhu konstan dan suhu ini harus ditentukan. Biasanya, bahan menahan kelembaban lebih sedikit saat lebih panas, dan lebih banyak kelembaban saat lebih dingin. Kadang-kadang, satu set isoterm disediakan pada satu grafik yang menunjukkan setiap kurva pada suhu yang berbeda.
0 Komentar