AIR DAN PRINSIP-PRINSIP ANALISA KADAR AIR

Kompetensi Dasar : Menjelaskan prinsip-prinsip analisis kadar air dan perhitungannya.

Air secara umum

Air bukan merupakan sumber nutrien seperti bahan makanan lain, namun sangat penting dalam kelangsungan proses biokimia organisme hidup. Air secara alamiah terdapat dalam bahan makanan dan bebas di alam dalam berbagai bentuk. Air bebas ini sangat penting dalam bidang pertanian, pencucian, sanitasi dan sebagai air minum.

Kualitas air untuk berbagai keperluan, ditentukan berdasarkan tiga faktor :Sifat fisis (warna, bau, rasa dan kekeruhan)Sifat khemis (padatan dan gas terlarut, pH, kesadahan)Kandungan mikrobia (algae, bakteri patogen dan non patogen)

Dalam prosesing bahan makanan, air yang dipergunakan memerlukan persyaratan yang tinggi (sama dengan air minum), yaitu tidak mengandung bakteri patogen, tanpa rasa dan tidak berwarna.

Syarat mutu air minum (The United States Public Health Service) :

Sifat fisis : Kekeruhan kurang dari 10 ppm standar silika terlarut.Warna kurang dari warna ekivalen dari 20 ppm standar warna kobalt.Rasa harus bebas dari bau dan rasa yang tidak dikehendaki.Sifat kimiawi :Ditentukan oleh tingkat kesadahan (standar unit ppm CaCO3). Kesadahan air ini ditentukan oleh kandungan garam Ca dan Mg.

Kandungan mikrobiologis : Ditentukan dengan parameter jumlah coliform (Escherecia coli, Aerobacter termasuk golongan ini) menunjukkan tingkat pencemaran kotoran manusia/hewan. Yang paling banyak adalah E. Coli strain communis, Streptococcus dan Chlostridium welchii. Mikrobia ini bukan patogen, namun dapat menimbulkan rasa dan bau yang mengganggu, lendir pada pipa air, kerusakan kaleng saat pendinginan. Sehingga kandungan mikrobia ini harus seminimal mungkin.

Tingkat kesadahan air

Bentuk Air dalam bahan makanan Air bebas : Air yang terdapat dalam ruang-ruang antar sel dan inter-granuler dan pori-pori yang terdapat pada bahan.Air dalam keadaan bebas dapat membantu proses kerusakan bahan makanan baik karena mikrobiologis, kimiawi, enzimatik dan aktivitas serangga perusak.

Air yang terikat secara lemah :Air ini terserap (terabsorbsi) pada permukaan koloid makromolekul seperti protein, pektin, pati, selulosa. Air dalam bentuk ini juga dapat terdispersi di antara koloid tersebut dan merupakan pelarut zat-zat yung ada dalam sel. Air dalam bentuk ini masih mempunyai sifat seperti air bebas dan dapat dikristalkan pada proses pembekuan. Ikatan antara air dengan koloid tersebut adalah ikatan hidrogen.Air dalam keadaan terikat lemah dan kuat tidak membantu proses kerusakan tersebut.

Air dalam keadaan terikat kuat :Membentuk hidrat. Ikatannya bersifat ionik sehingga relatif sukar dihilangkan atau diuapkan dan tidak bisa membeku meskipun pada suhu 0oF sekalipun.

Kadar air tidak dapat digunakan sebagai parameter kerusakan bahan makanan, tetapi yang digunakan adalah Aktivitas air (Aw). Hal ini karena pada kadar air yang tinggi belum tentu memberikan Aw yang tinggi, karena kemungkinan bahan tersebut mudah mengikat air sehingga air bebas relatif menjadi lebih kecil, akibatnya bahan ini mempunyai Aw yang rendah.

Air mempunyai tendensi untuk mengadakan ikatan hidrogen dengan gugus polar fungsional, misal gugus hidroksil (OH) dari gula, alkohol dan gugus karbonil (C=O) dari aldehid atau keton.

Aktivitas air (Aw) Apabila bahan diletakkan dalam dalam udara terbuka, kadar airnya akan mencapai keseimbangan dengan kelembaban udara di sekitarnya, kadar air ini disebut dengan kadar air seimbang. Setiap kelembaban relatif tertentu akan menghasilkan kadar air seimbang tertentu pula.

Kurva hubungan antara kadar air seimbang dengan kelembaban relatif (kurva ISL /Isoterm Sorbsi Lembab) pada hakekatnya dapat menggambarkan hubungan antara kadar air dengan aktivitas air.Contoh kasus gelatin dan emping jagung, yang pada awalnya mempunyai kadar air sama, namun mempunyai pola kurva ISL yang berbeda.

Emping jagung (desorbsi)Gelatin (adsorbsi)KadarairAktivitas air (Aw)Aw = ERH/100Aw : Ativitas airERH : Kelembabab relatif seimbang

Aw dapat dihitung dengan cara tidak langsungCara ini adalah dengan menghitung banyaknya air yang terserap dalam kertas saring kering yang telah diketahui beratnya dalam suatu wadah yang berisi zat/bahan yang akan diukur nilai Aw-nya.Terlebih dahulu harus dibuatkan kurva standar yang memberikan gambaran hubungan antara Aw dengan berat air yang terserap dalam kertas saring per 100 g kertas saring.

Cara kerja Kertas saring whatman No. 42, diameter 5,5 cm cawan penyangga ditimbang kemudian dimasukkan dalam wadah yang sudah berisi larutan dengan nilai Aw tertentu (Tabel) dan ditutup rapat (berat kertas saring harus sama).Memasukkan larutan standar yang sudah diketahui nilai aw-nya dalam wadah gelas

tutupCawan penyanggaLarutan standar

Tabel Bahan dan Nilai Aw

Setelah 24 jam semua kertas saring dan cawan penyangganya dalam setiap wadah tersebut ditimbang, selisih berat sebelum dan sesudah inkubasi merupakan berat air yang terserap.Setelah semua larutan standar dicoba akan diperoleh hubungan antara banyaknya air yang terserap dengan Aw larutan, berupa kurva standar.

Kurva standarBerat air yg terserap dlm 100 g kertasAw

Dengan cara yang sama, maka dicari aw bahan, yaitu dengan menempatkan 100 g bahan dalam wadah sebagai pengganti larutan standar.Nilai Aw bahan dapat dihitung dengan mengetahui berat kertas saring setelah inkubasi, diplotkan dengan kurva standar.

Kadar airAnalisis kadar air bahan bertujuan untuk mengetahui banyaknya air dalam bahan dan ikut menentukan kualitas bahan (termasuk bahan kering atau semi basah). Kadar air dapat untuk melihat kadar nutrien bahan makanan berdasarkan berat kering.Bahan makanan umumnya terdiri dari air, karbohidrat, protein, lemak dan lain-lain yang jika ditentukan kadarnya (%) berdasar berat basah dapat mencapai 100%.Berat kering suatu bahan adalah berat bahan yang sudah dikurangi jumlah airnya

Analisis kadar air dalam bahan makanan dapat ditentukan dengan berbagai cara :

Metode pengeringan (Thermogravimetri)Metode distilasi (thermovolumetri)Metode khemisMetode fisismetode khusus (Khromatografi, NMR/Nuclear magnetic resonance)

Metode Pengeringan (Thermogravimetri)Prinsip :Menguapkan air yang ada dalam bahan dengan jalan pemanasanMenimbang bahan sampai berat konstan yang berarti semua air sudah diuapkanKeuntungan : Metode ini relatif murah

Kelemahan :Bahan lain disamping air juga ikut menguap dan ikut hilang bersma dengan uap air, misalnya alkohol, asam asetat, minyak atsiri.Dapat terjadi reaksi selama pemanasan yang menghasilkan air atau zat mudah menguap lain. Misalnya : gula akan mengalami dekomposisi atau karamelisasi, lemak mengalami oksidasi.Bahan yang mengandung bahan yang dapat mengikat air secara kuat sulit melepaskan airnya meskipun sudah dipanaskan.

Untuk mempercepat penguapan air dan menghindari terjadinya reaksi yang menyebabkan terbentuknya air/reaksi lain karena pemanasan dapat dikerjakan pada suhu rendah dengan tekanan vakum.Untuk bahan dengan kadar air tinggi dapat terjadi pengerakan pada permukaan selama pemanasan, sehingga air dalam bahan sukar untuk diuapkan.

Bahan yang mengalami pengeringan mempunyai sifat yang lebih higroskopis (menyerap air) dibanding bahan aslinya, sehingga selama pendinginan sebelum penimbangan, bahan selalu ditempatkan dalam eksikator yang telah diberi bahan penyerap (silika gel, kapur aktif, asam sulfat, alumunium oksida, kalium khlorida, kalium hidroksida, kalium sulfat atau barium oksida)

Silika gel merupakan bahan penyerap yang paling banyak digunakan dan sering diberi warna guna memudahkan apakah silika gel tersebut sudah jenuh air atau belum. Bila sudah jenuh akan berwarna merah muda dan bila dipanaskan kembali akan menjadi biru.

Penentuan kadar air, cara pemanasan (AOAC 1970; Rangana, 1979)

Timbang sampel yang telah dihaluskan sebanyak 1-2 g dalam botol timbang kering yang sudah diketahui beratnya.Panaskan dalam oven pada suhu 100-105oC selama 3 5 jam dengan posisi tutup botol timbang terbuka, sehingga air dalam bahan dapat menguap. Kemudian dinginkan dalam eksikator dan kemudian ditimbang. Pemanasan dilanjutkan lagi 30 menit, dinginkan dalam eksikator dan ditimbang, perlakuan ini diulang sampai berat konstan (selisih penimbangan berturut-turut < 0,2 mg).

Pengurangan berat merupakan banyaknya air dalam bahan.Kadar air =

berat air X 100 % berat bahan awal

Catatan :Berat air = berat bahan awal berat akhir

berat air Kadar air = x 100 % berat bahan awal

Berat kering = berat bahan awal berat air

Penentuan % berat keringBerat kering = berat bahan awal (berat bahan awal x % kadar air) atauberat bahan kering = Berat bahan awal (1- kadar air ) 100

% bk = ( %bb ) x 100 % 100-Ka

Misal, kadar abu db = kadar abu wb 1- kadar air

Kadar suatu bahan berdasarkan berat basah (bb atau wb) lebih kecil dari pada kadar suatu zat berdasar berat kering (bk atau db)

Penentuan kadar air cara distilasi(Thermovolumetri)Prinsip : menguapkan air dari bahan dengan cairan kimia pembawa.Syarat cairan pembawa :mempunyai titik didih lebih tinggi daripada air tidak dapat bercampur dengan air mempunyai berat jenis lebih rendah daripada airZat kimia yang dapat digunakan : toluen, xylen, benzen, tetrakhlorethilen dan xylol

Penentuan kadar air cara distilasiCocok untuk menentukan kadar air dalam zat yang kandungan airnya kecil dan sulit ditentukan dengan cara thermografimetriOksidasi lipid maupun dekomposisi gula dapat dihindariUntuk bahan dengan protein dan gula tinggi, dapat ditambahkan serbuk asbes untuk menghindari superheatingUntuk memperluas permukaan kontak dengan cairan kimia dapat ditambahkan tanah diatomea halus

Cara penentuan :Timbang bahan padat yang telah dipotong-potong kecil atau berupa bubuk secukupnya yang kurang lebih mengandung 2-5 ml air, kemudian pindahkan ke dalam labu destilasi. Tambahkan toluene atau xylene sebanyak 75-100 ml dan pasang labu distilasi pada alat destilasi khusus dengan penampung air yang menguap.Atur pemanasan destilasi sampai kira-kira 4 tetes toluene jatuh dari kondensor setiap detik.Lanjutkan distilasi sampai semua air menguap dan air dalam penampung tidak bertambah lagi (lebih kurang 1 jam).Bacalah volume air dan hitung % air dari berat contoh.Karena Bj air lebih besar dari zat kimia, maka air akan berada di bagian bawah pada tabung penampungTabung yang digunakan biasanya dilengkapi dengan skala, sehingga banyaknya air dapat langsung diketahui.

Contoh alat penampungStark-DeanSterling-Bidwell atau modifikasinya

Metode KimiawiAda 3 :Cara titrasi karl FischerCara Kalsium KarbidCara asetil khlorida

Cara titrasi karl FischerSampel dititrasi dengan larutan iodin dalam metanol dan ditambahkan reagen sulfur dioksida dan piridin.Metanol dan piridin digunakan untuk melarutkan iodin, selain itu juga akan mengikat asam sulfat yang terbentuk, sehingga akhir titrasi dapat lebih jelas dan tepat.Sulfur dioksida digunakan untuk membuat reaksi dengan air lebih baik

Selama masih ada air dalam bahan, iodin akan bereaksi, tetapi begitu air habis maka iodin akan bebas dan akan terbentuk warna kuning kecoklatan, hal ini menandai bahwa titrasi sudah selesai. Untuk memperjelas pewarnaan, maka ditambahkan metilin biru pada sampel, sehingga akhir titrasi ditandai dengan warna hijau

Pelaksanaan titrasi, harus terbebas dari kelembaban udara, sehingga harus dilaksanakan pada ruang tertutupTitrasi karl Fischer dapat digunakan untuk menentukan kadar air dalam alkohol, ester-ester, senyawa lipida, lilin, pati, tepung gula, madu dan bahan lain yang dikeringkan.Tingkat ketelitian 0,5

Cara Kalsium KarbidCara ini berdasarkan reaksi antara kalsium karbid dan air menghasilkan gas asetilin.Cara ini sangat cepat dan tidak memerlukan alat yang rumit.Jumlah asetilin yang terbentuk dapat diukur dengan berbagai cara

Cara-cara mengukur Jumlah asetilin yang terbentukMenimbang campuran bahan dan karbid sebelum dan sesudah reaksi selesai, kehilangan bobot merupakan berat asetilin berat airMengumpulkan gas asetilin yang terbentuk dalam ruangan tertutup dan mengukur volumenya, sehingga banyak asetilin dapat dihitung berat airMengukur tekanan gas asetilin yang terbentuk jika reaksi dikerjakan dalam ruang tertutup. Dengan diketahui tekanan dan volume maka banyak asetilin dapat dihitung berat airMenangkap gas asetilin dengan larutan tembaga, sehingga dihasilkan tembaga-asetilin yang dapat ditentukan dengan gravimetri atau volumeteri atau kolorimetri

1 grol gas asetilin berasal dari 1 grol airVolume 1 grol gas asetilin gas ideal yaitu 22, 4 literKetelitian tergantung reaksi air dengan karbidDapat digunakan untuk menentukan kadar air dalam tepung, sabun, kulit, biji panili, mentega dan air buah.

Cara Asetil KhloridaCara ini berdasarkan reaksi asetil khlorida dan air menghasilkan asam yang dapat dititrasi menggunakan basa.Asetil khlorida yang digunakan dilarutkan dalam toluol dan bahan didispersikan dalam piridin.Cara ini dapat digunakan untuk menentukan kadar air dalam bahan minyak, mentega, margarin, rempah-rempah dan bahan berkadar air sangat rendah.