Kemampuan yang ingin dicapai: Mahasiswa dapat menjelaskan karakteristik

hidratasi pada bahan pangan serta hubungannya dengan pengolahan dan mutu pangan.

A. PENGERTIAN

Karakteristik hidratasi : karakteristik fisik yang meliputi interaksi antara bahan hasil pertanian dengan molekul air yang dikandungnya serta molekul air yang ada di udara.

SIFAT DAN TIPE AIR

Secara konvensional dibagi 3 :

1. Air terikat secara kimia :

Air kristal

Air konstitusi

2. Air terikat secara fisik

Air kapiler

Air terlarut

Air Adsorpsi

3. Air bebas

Air Terikat Kimia : Air Kristal

Air yang terikat sebagai molekul-molekul

dalam bentuk H2O.

Dijumpai pada eksikator pengeringan

Air Terikat Kimia : Air Konstitusi

Bagian dari molekul senyawa padatan tertentu, bukan dalam bentuk H2O.

Jika senyawa padatan tsb terurai, unsur H dan O keluar sebagai molekul H2O untuk menyingkirkannya perlu suhu tinggi.

Contoh : Pemanasan gula pada suhu tinggi karamel

dengan melepaskan sebagian air konstitusi.

Pemanasan protein denaturasi dengan melepas air konstitusi

Air Terikat Fisik : Air Kapiler

Terikat dalam rongga jaringan kapiler dari

bahan pangan

Air Terikat Fisik : Air Terlarut

Terdapat dalam bahan padat

Penguapan air terlarut terjadi dengan cara

difusi melalui bahan padat

Tekanan uap larutan gula atau garam encer

< air murni titik bekunya <.

Penambahan zat terlarut larutan jenuh

tekanan uap <<

Air Terikat Fisik : Air Adsorpsi

Adalah air yang terikat pada permukaan

Merupakan kesetimbangan dengan uap air yang ada di udara jumlahnya dipengaruhi RH dan suhu lingkungan

Semakin halus butiran luas permukaan > air yang teradsorpsi >>

Dalam bahan dapat terkandung 1 atau lebih jenis air

Contoh : pemanasan kentang dengan microwave

(baked potato) melibatkan air kapiler, air terlarut, air

adsorpsi dan air konstitusi kentang dapat matang

meski tanpa pe(+) an air

Peranan air dalam bahan pangan :

Pada buah dan sayur :

Mencerminkan kesegaran

Pelarut vitamin dan mineral, garam dan senyawa citarasa

lain

Mempengaruhi aktivitas enzim, mikroba dan kimiawi

Ketengikan

Reaksi non enzimatis

Perubahan sifat organoleptik, penampakan, tekstur, cita

rasa dan nilai gizi.

KADAR AIR

Menyatakan tingkat atau banyaknya air di dalam

bahan pangan

Dinyatakan dengan 2 cara :

1. berdasarkan basis basah

2. berdasarkan basis kering

Produk pangan dan hasil pertanian tdd 2 bagian :

- bagian air (moisture)

- bagian bukan air (solid) = bahan kering (dry matter)

Kandungan air

(a)

Kandungan

bahan kering

(b)

A. Produk Kering B. Produk Basah

Gambar 2. Skema konsep 2 bagian : bagian air dan bahan kering

Kadar air basis basah (W, %bb) : perbandingan berat bagian

air (a) terhadap keseluruhan berat bahan :

Kadar air basis kering (M,%bk) : perbandingan berat bagian

air (a) terhadap bagian bahan kering (b) :

%100,% xba

abbW

%100,% xb

abkM

Nilai W : 0 – 100%, nilai M : 0- tak terhingga

W digunakan dalam produk yang berkaitan dengan mutu atau dalam

perdagangan

M digunakan dalam analisis proses pengeringan dan penelitian

pengeringan

Kadar air basis basah digunakan dalam

produk yang berkaitan dengan mutu atau

dalam perdagangan

Kadar air basis kering digunakan dalam :

- analisis proses pengeringan

- penelitian pengeringan

Contoh Perhitungan Kadar Air

Jika suatu bahan yang beratnya 10 g tdd air

2 g dan sisanya berupa bahan kering

sebanyak 8 g.

Kadar air dry basis = 2/8 x 100% = 25%

Kadar air wet basis = 2/10 x 100% = 20%

Contoh Perhitungan Kadar Air…….

Sebanyak 1 ton kacang tanah dengan kadar air awal 25%bb,

dikeringkan sampai kadar air 14% (bb). Hitung jumlah air yang

diuapkan dan berat bahan keringnya.

Penyelesaian :

Cara I : berdasarkan berat basah

Jumlah air awal = 25/100 x 1000 kg = 250 kg

Berat bahan kering = 1000 – 250 = 750 kg

Berat bahan pada kadar air akhir 14% = = 872 kg

Jadi berat air yang diuapkan = 1000 – 872 kg = 128 kg

)14100(

100750

x

Contoh Perhitungan Kadar Air……

Cara II : berdasarkan berat kering

Kadar air awal (bk) = 100 x 250/750 = 33.33%

Kadar air akhir (bk) = 14/(100-14) x 100% = 16.28%

Jumlah air yang diuapkan untuk 1000 kg bahan =

[750 (33.33-16.28)]/100 = 128 kg

Berat bahan kering = (1000 x 100)/(100 + 33.33) = 750 kg

Makna Kadar Air

Dari segi pengeringan :

- menentukan berat ringannya proses pengeringan

Dari segi industri dan perdagangan :

- menentukan penanganan produk (sebelum, selama

dan sesudah proses pengolahan)

- berkaitan dengan mutu

- berkaitan dengan harga

kadar air , mutu , harga

Dari segi daya awet :

- kadar air mudah rusak perlu penurunan ka hingga batas aman

SORPSI AIR

Dalam lingkungan udara produk mengalami perubahan kadar air (naik/turun)

Jika kadar air menurun terjadi penguapan (desorpsi) kadar air menurun

Sebaliknya = Absorbsi = penyerapan air dari udara kadar air meningkat.

Kapan terjadi desorpsi dan absorpsi????

SORPSI AIR…………

Mo

Mo

Produk Basah

Produk Kering

Desorpsi

Absorpsi

Gambar 3. Fenomena desorpsi dari produk basah dan absorpsi dari

produk kering dalam ruang ambien.

KESETIMBANGAN KADAR AIR

Jika suatu produk ditempatkan dalam suatu ruangan

pada suhu dan RH tertentu, maka akan terjadi

perubahan kadar air

Bahan basah penurunan kadar air

Bahan kering peningkatan kadar air

Kadar air yang stabil dengan RH lingkungannya

disebut kadar air kesetimbangan (Me).

AKTIVITAS AIR

Water activity (aw) = jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya.

Digunakan sebagai indikator untuk menentukan ketahanan simpan

Cara-cara menghitung aw pada bahan :

1. aw = P/Po

P = tekanan uap air bahan

Po = tekanan jenuh uap air murno

2. aw = ERH/100

ERH = kelembaban relatif keseimbangan

3. Dengan hukum Raoult

AKTIVITAS AIR ……….

Hukum Raoult : aktivitas air berbanding lurus dengan jumlah

molekul zat pelarut dan berbanding terbalik dengan jumlah molekul

zat terlarut.

Contoh : berapa nilai aw dari larutan 10% gula?

Jawab : 10% gula dalam 1 liter air terdapat 100 g gula

1 liter air = 1000 g

n2 = 100/BM sukrosa = 100/342 = 0.292 g mol

n1 = 1000/BM H2O = 1000/18 = 55.55

aw = 55.55/(55.55+0.292) = 0.99

21

1

nn

naw

n1 = g mol pelarut

n1 + n2 = total g molekul

AKTIVITAS AIR ……….

Berapa nilai aw dari larutan NaCl 10% ?

NaCl 10% 100 g NaCl dalam 1000 g air

NaCl akan terdisosiasi di dalam air dan masing-

masing ion mempunyai peran untuk menurunkan aw

aw = n1/(n1 + nNa + nCl)

n1 = 1000/18 = 55.55

nNaCl = 100/58.5 = 1.71

aw = 55.55/(55.55+1.71+1.71) = 0.942

AKTIVITAS AIR ……….

Cari nilai aw untuk :

Larutan glukosa 20%

Larutan sukrosa 20%

Larutan Garam (NaCl) 20%

Larutan Campuran 20% NaCl dan 20% sukrosa

Tabel 1. Berbagai Jenis Larutan Garam Jenuh dan RH yang dihasilkan

No. Larutan Garam Jenuh RH (%)

1 LiCl 11.2

2 CH3COOK 22.2

3 MgCl2 32.5

4 NaI 36.8

5 K2CO3 43.7

6 Mg(NO3)2 51.9

7 NaBr 56.8

8 NaNO2 63.7

9 KI 68.2

10 NaNO3 73.0

11 NaCl 75.2

12 KBr 80.2

13 KCl 83.8

14 K2CrO4 86.3

15 BaCl2 89.7

16 KNO3 91.2

17 K2SO4 96.7

KELEMBABAN RELATIF & KELEMBABAN MUTLAK

Kelembaban relatif : perbandingan antara tekanan parsial uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu tertentu.

Kelembaban mutlak (H) = jumlah uap air di udara (g)

Ditentukan dengan menggunakan Psychrometric Chart yaitu dengan suhu bola basah dan suhu bola kering

Alat pengukuran secara langsung : sling psychrometer dan higrometer

%100xP

PRH

Ts

P = tekanan uap air

Ps = tekanan uap air jenuh

T = suhu atmosfir

SORPSI ISOTERMIK

Secara alami komoditas pertanian bersifat

higroskopis

Kurva isotermik adalah kurva yang menunjukkan

hubungan antara kadar air bahan dengan

kelembaban relatif keseimbangan ruang

penyimpanan (RHE/aw) pada suhu tertentu.

Bentuk kurva isotermik khas untuk setiap bahan

pangan, dan umumnya berbentuk sigmoid.

Gambar 4. Bentuk umum kurva isotermi sorpsi air dari bahan pangan

10

30

20

40

50

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Aktivitas air (aw)

Kadar Air

(g/100 g

bahan

kering)

I

II

III

Daerah I = Air monolayer (AIP) Daerah III = Air Tipe III (AIT)

Daerah II = Air Multilayer (AIS)

FENOMENA HISTERISIS

Grafik penyerapan uap air dari udara oleh bahan pangan (kurva adsorpsi) dan grafik pelepasan uap air oleh bahan pangan ke udara (kurva desorpsi) tidak berimpit FENOMENA HISTERISIS

Secara umum kurva desorpsi > kurva adsorpsi

Penyebab terjadinya histerisis :

Pengaruh kondensasi air di dalam kapiler

Dijelaskan dengan “Ink Bottle Theory” : kapiler memiliki leher yang sempit dan badan yang lebar pada saat adsorpsi, kapiler akan terisi penuh hingga dicapai nilai aw maximum, sedang pada saat desorpsi air tidak seluruhnya keluar karena leher yang sempit sehingga aw menurun.

Gambar 5. Bentuk umum isotermi sorpsi air memperlihatkan fenomena histerisis

Kadar

Air

aw

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Desorpsi

Adsorpsi

FENOMENA HISTERISIS …………..

Unfilled Capillary Filled Capillary

Gambar 6. Ink Bottle Theory of Hysterisis

2R

2r

2R

2r

Pengukuran aw

Cara 1 : Interpolasi Grafik Bahan dengan berat awal yang sudah diketahui disimpan

pada eksikator

Kelembaban diatur dengan larutan garam jenuh

Disimpan pada suhu tertentu, misal 25oC, hingga tercapai kesetimbangan (tidak terjadi perubahan berat)

Bahan ditimbang kembali

Diperoleh data penambahan atau penurunan berat

Plot data ke dalam grafik

Perpotongan garis penambahan dan penurunan berat dengan garis 0 =nilai aw bahan

aw

0.1 0.2 0.4 0.3 0.5 0.8 0.7 0.6 1.0 0.9

-3

-2

-1

0

3

2

1

aw = 0.5

Perubahan

berat

Gambar 7. Cara penentuan aw dengan interpolasi grafik

Pengukuran aw

Cara 2 : Metode manometri Dengan alat manometer

Prinsip : pada suhu tetap kadar air berpengaruh langsung terhadap tekanan uap.

Cara 3 : Metode Higrometer Rambut Prinsip : daya higroskopisitas rambut dan daya

mulur rambut ketika menyerap uap air.

3 helai rambut diikatkan pada pena pencatat atau jarum penunjuk skala kelembaban.

Cara Pengukuran Kadar Air

Metode langsung :

Metode Tidak Langsung

1. Metode Gravimetri

2. Pengeringan Oven

3. Air Oven

4. Oven Vakum

5. Desikasi Kimia

6. Analisa Thermogravimetri

7. Destilasi Azeotropik

8. Titrasi Karl Fischer

9. Metode Ekstraksi

10.Kromatografi Gas

11.Refraktometri

1. Metode Elektrik-Elektronik

2. Konduktivitas DC dan AC

3. Kapasitansi Dielektrik

4. Absorbsi Microwave

5. Metode Sonik dan Ultrasonik

6. Metode Spektroskopi

7. Spektroskopi Infra merah

8. Nuclear Magnetic Resonance (NMR)