Materi kuliah Kimia Pangan-AIR.pdf

AIR

KIMIA PANGANProgram studi Ilmu dan Teknologi Pangan

Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta

Dosen :

Danar Praseptiangga, S.TP., M.Sc., Ph.D.

Pendahuluan

• Arti penting air bagi manusia

• pembawa oksigen, nutrisi, hasilmetabolisme

• media reaksi metabolisme tubuh

• Arti penting air bagi bahan pangan

• menentukan bentuk, kenampakan, kesegaran, cita rasa

• menentukan daya simpan

Kimia Pangan - Dr. Danar Praseptiangga

Batasan

• Air � suatu molekul yang terdiri dari 1 atom O dan 2 atom H yang saling berikatan secara kovalen(atom-atom mengadakan ikatan saling memberikanelektron untuk dipergunakan bersama, sehinggadiperoleh susunan elektron seperti gas mulia)

• Es � molekul air yang tersusun sedemikian rupasehingga 1 atom H dari suatu molekul air terletakdi antara atom O molekul yang lainnya sehinggamembentuk suatu ‘heksagonal simetris’


Struktur Molekul Air

• Molekul air terdiri atas 1 atom O dan 2 atom H yang berikatan secara kovalen, ikatan initerbentuk sebagai akibat pemakaian elektronbersama di mana atom H memiliki 1 elektron padakulit terluar, sedang atom O memiliki 6 elektronpada kulit terluar• Atom O pada kulit terluar memerlukan 8 elektron

dan atom H memerlukan 2 elektron� 1 atom O memerlukan 2 elektron dari 2 atom H sehingga 2 elektron dapat dipakai secara bersama-sama oleh1 atom O dan 2 atom H• Dalam 1 molekul air terdapat 2 ikatan kovalen

yang terbentuk antara 1 atom O dan 2 atom H



• Posisi pemakaian elektron menyebabkan molekulair berbentuk seperti ‘kepala kelinci’ dengan duatelinga di mana atom O sebagai kepala, dan atom H sebagai telinganya. Apabila dari inti atom O ditarik garis lurus ke kedua inti H terbentuksudut 104’45’ (105º)• Akibat lain dari pemakaian elektron bersama ini

adalah terjadinya polarisasi molekul air di manapada atom O cenderung bermuatan negatif danpada daerah atom H cenderung bermuatan positif, karena itu molekul air dapat berikatan denganmolekul lain yang bermuatan negatif maupunpositif


Sifat Fisik dan Kimia Air

• Sifat fisik dan kimia air antara lain :

• Cohesion � kecenderungan molekul air untuk salingmelekat satu sama lain

• Adhesion � kecenderungan molekul air untuk melekatdengan molekul lain

• Capillarity � kemampuan bahan cair untuk bergerak keatas dalam kolom/diameter yang sempit (merupakangabungan kedua sifat di atas ‘capillary adhesion’)

• Surface tension � kecenderungan molekul air untuksaling tarik-manarik, tetapi tidak terjadi saling tarikdengan udara (tolak-menolak antara air dengan udara)

• Specific heat � jumlah panas yang dibutuhkan untukmenaikkan suhu air pada volume tertentu (akibat adanyaikatan hidrogen, specific heat air besar)


Sifat Fisik dan Kimia Air

• Sifat kimia air yang menonjol � kemampuannyadalam melarutkan bahan lain yang bersifat polar

• Hal ini disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen(ikatan yang terjadi antara hidrogen denganunsur-unsur yang elektronegatifitasnya tinggimisalnya F, O, dan N pada molekul yang terpisah) baik antar molekul-molekul air maupun molekul air dengan bahan lain


Air Dalam Bahan Pangan

• Keberadaan air dalam bahan pangan dapat dibagisebagai berikut:

1.) Air bebas; yaitu air yang terdapat dalamsitoplasma, ruang antar sel, dan semua air yang terlibat dalam proses sirkulasi dalam jaringanbahan, berpengaruh terhadap proses kerusakanbahan pangan melalui reaksi enzimatik, proses mikrobiologis, biokimiawi, membeku pada suhu 0ºC dan mudah teruapkan pada 71ºC



2.) Air terikat ; yaitu air yang terdapat di sekitar bahan yang terlarut maupun bahan yang bukan bersifat cairan danmenunjukkan mobilitas molekuler yang lebih rendahdibandingkan jenis air yang lain dalam sistem yang sama(Fennema, 1985), sedangkan Meyer (1973) berpendapatbahwa air terikat terbagi menjadi dua jenis yaitu, air terikatkuat (air yang berikatan secara kuat pada suatu bahan danmembentuk hidrat dengan bahan tersebut, sukar diuapkan dantidak membeku pada suhu 0ºF) dan air terikat lemah (air yang teradsorpsi pada permukaan makromolekul, juga terdispersidi antara makromolekul sebagai pelarut dalam sel).

�Namun, air terikat (bound water) ini secara terminologismemiliki keterbatasan dan sukar didefinisikannya sehinggabelum ada konsensus yang terbaik dari beberapa pendapatyang ada (Fennema, 2008)



• Menurut derajat keterikatan air, air terikat dapatdibagi atas empat tipe, yaitu tipe I (berikatan sangatkuat, membentuk hidrat, tidak membeku pada proses pembekuan), tipe II (membentuk ikatan hidrogendengan molekul air lain, terdapat dalam mikrokapiler, memiliki sifat seperti air bebas) tipe III (secara fisikterikat dalam jaringan matriks bahan seperti membran, mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untukpertumbuhan mikrobia dan sebagai media reaksi kimiadan biokimia), tipe IV ( tidak terikat dalam jaringan)



3.) Air imbibisi; yaitu air yang berasal dari luarbahan yang kemudian masuk ke dalam bahan danakan menyebabkan pengembangan volume, tetapi air ini tidak merupakan penyusun bahan tersebut. Air tersebut berikatan dengan komponen bahan melaluiikatan hidrogen

4.) Air kristal; yaitu air yang terikat dalam semuabahan (pangan maupun non pangan yang berbentukkristal)



• Penambahan bahan ke dalam air akanmempengaruhi sifat-sifat air maupun bahan yang ditambahkan itu sendiri. Bahan yang bersifat‘suka terhadap air’ (hydrophilic) akan berinteraksisecara kuat dengan air melalui interaksi ion-dipole atau dipole-dipole. Jika bahan yang ditambahkanbersifat ‘tidak suka terhadap air’ (hydrophobic) maka bahan tersebut akan berinteraksi (secaralemah) melalui ikatan hydrophobic



• Dalam membicarakan interaksi bahan dengan air makaperlu dipahami beberapa istilah seperti :�hidrasi (hydration)�air terikat (bound water)�kemampuan mengikat air (water holding capacity)

• Pengertian water binding dan hidrasi hampir sama di mana keduanya menunjukkan kecenderungan air untukbergabung dengan bahan yang bersifat hydrophilic

• Tingkat kekuatan hidrasi maupun water binding tergantung pada beberapa faktor antara lain komposisi garam, pH, dan suhu

• Sedang, istilah water-holding capacity menunjukkankemampuan makromolekul dalam jaringan bahan untukmengikat/memerangkap air


Aktifitas Air

• Ada hubungan antara kadar air dalam bahanpangan dengan kecepatan kerusakannya

• Bahan pangan menjadi lebih awet apabila sebagiankandungan airnya dihilangkan melalui pengeringan

• Namun, kemudian diketahui bahwa bahan panganyang memiliki kadar air yang sama belum tentumemiliki kecepatan kerusakan yang sama pula �dengan demikian kadar air saja belum cukup untukindikator mudah rusaknya suatu bahan pangan

• Hal ini disebabkan oleh adanya faktor lain yang berpengaruh yaitu keterikatan antara molekul air dengan substansi lain dalam bahan


Aktifitas Air

• Air yang terikat kuat ini tidak bisa digunakan olehmikrobia untuk pertumbuhan maupun untuk melakukanaktifitas yang merusak bahan pangan. Dengan demikiantimbullah konsep “aktifitas air” (Aw)

• Aktifitas air didefinisikan sebagai tingkat kadar air di mana mikrobia dapat melakukan aktifitas danpertumbuhannya atau dengan kata lain dapatdidefinisikan menunjukkan jumlah air bebas yang dibutuhkan mikrobia untuk melakukan pertumbuhan


Aktifitas Air

• Aw = p/po;

di mana ‘p’ adalah tekanan parsial air di permukaan bahan(tekanan uap larutan) dan ‘po’ adalah tekanan uap air murnipada suhu yang sama (tekanan uap pelarut, biasanya air)

• Aw = ERH/100

ERH = Aw x 100 ( di mana ERH: equilibrium relative humidity, kelembaban relatif pada saat terjadinya kesetimbanganantara kondisi di dalam dengan di luar bahan)

mis: ERH =95% � Aw : 0,95

t

RH ERH

awal Kesetimbangan(ERH)


Aktifitas Air

• Basic :

Air bebas >> � Aw >> � keawetan <<

Air bebas << � Aw << � keawetan >>

• Meskipun Aw lebih baik dipergunakan sebagaiindikator tingkat mudah rusaknya bahan pangandibandingkan dengan kadar air, akan tetapi masih adabeberapa faktor lain yang juga berpengaruh dan perludiperhatikan dalam kaitannya dengan kerusakan bahanpangan yaitu oksigen, pH, jenis bahan terlarut maupunmobilitas air


Aktifitas Air

• Nilai Aw sangat dipengaruhi suhu � pada suhuyang semakin rendah tekanan uap air di dalammaupun di luar bahan semakin rendah; akantetapi turunnya tekanan uap air dalam bahanlebih kecil dibandingkan dengan turunnyatekanan uap air di permukaan bahan sehinggasebagian air dalam bahan akan ke luar danakhirnya akan menurunkan nilai Aw

• Dengan demikian, bahan pangan yang disimpanpada suhu -5 ºC akan memiliki nilai Aw yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan panganyang sama apabila disimpan pada suhu 0 ºC


Aktifitas Air

• Beberapa hal yang harus diperhatikan pada saatmembandingkan nilai Aw suatu bahan di bawah dan di atassuhu beku yaitu :

1) di atas suhu beku, nilai Aw merupakan fungsi darikomposisi bahan dan suhu; tetapi di bawah suhu beku, nilai Aw tidak tergantung pada komposisi bahan tetapihanya tergantung pada suhu

2) pada nilai Aw yang sama, maka bahan pangan yang disimpan pada suhu -15ºC akan lebih awet dibandingkanpada suhu 20ºC

3) nilai Aw di atas suhu beku tidak dapat digunakanuntuk memprediksikan nilai Aw pada bahan yang samadibawah suhu beku


Aktifitas Air

• Dalam mempelajari Aw dalam kaitannya dengan kadar air suatu bahan, maka dikenal suatu kurva yang disebut dengankurva isotermis (Isoterm Sorpsi Lembab, ISL atau MSI (moisture sorption isotherm). Kurva ini mencerminkaninterelasi antara kadar air suatu bahan dengan nilai Awnyapada suhu yang konstan

• Kurva ini penting dalam 1) menentukan proses pengeringandan pemekatan suatu bahan, 2) menilai stabilitas bahanpangan

• Dalam kurva tersebut dikenal “Sorption phenomena”: • adsorption : terjadi pada saat bahan pangan menerima air

dari luar bahan (produk-produk higroskopis)

• desorption : terjadi pada saat air dari dalam bahan keluar bahan (proses pengeringan)


Aktifitas Air

Bentuk umum kurva isoterm sorpsi air (pada bahan pangan)

Note: fenomena histeresis (loss of H2O binding sites) pada kurva ISL


Pengawetan Pangan denganPengendalian Air dalam Bahan

• Salah satu prinsip pengawetan bahan pangan adalahdengan mengurangi jumlah air bebasnya sampai denganbatas tertentu atau dengan kata lain mengurangi Aw dalam bahan

• Teknik penurunan Aw dapat dilakukan dengan:

• Pengurangan kadar air (pengeringan, penguapan)

• Mengubah bentuk (fase) cair menjadi padat(pembekuan)

• Amobilisasi air dalam jaringan (misalnya dalambentuk gel)

• Pengikatan air bebas dalam bahan ( penambahan gulaatau garam)



• Pengendalian air (misal: pengeringan) �

Mengapa pengawetan?

• Menurunkan kadar air� menurunkanketersediaan/aktifitas air

• Menurunkan aktifitas mikrobia

• Menurunkan reaksi perubahan (stabil selamapenyimpanan)

• Aw most fresh food : 0.99

• Most spoilage bacteria do not grow below Aw 0.91

• Spoilage mold can grow as low as 0.80

• S. aureus grow at Aw 0.86; C. botulinum does not grow below 0.95

• Yeast and mold grow at wider Aw range than bacteria


Ketahanan Mikroorganisme terhadapAktivitas Air Rendah

• Salah satu cara untuk menghambat pertumbuhan selvegetatif mikroorganisme adalah dengan menurunkanaktivitas air, yaitu dengan cara pengeringan, penambahangaram, gula, atau bahan-bahan lainnya meskipun sebagianmikroorganisme mungkin akan mati selama proses pengeringan

• Bakteri memerlukan Aw relatif tinggi untuk pertumbuhan, sedangkan khamir memerlukan Aw minimal lebih rendahdaripada bakteri, kapang memerlukan Aw minimal paling rendah

• Bakteri memerlukan Aw lebih dari 0.90 untukpertumbuhannya, oleh karena itu pada bahan pangandengan Aw sekitar 0,90 mikroba yang sering tumbuhterutama adalah kapang dan khamir

• Kerusakan pangan (busuk) dapat dicegah salah satunyadengan upaya pengaturan Aw di bawah 0.75



Beberapa bahan pangan yang diolah melalui penurunan Aw

Nilai Aw Bahan Pangan Jenis Pengolahan

>0,98 - Ikan dan daging segar- Buah dan sayur segar- Susu

- Tidak diolah- Tidak diolah- Tidak diolah

0,93-0,98 - Pasta tomat- Roti- Buah kaleng dg sirup kental

- Amobilisasi- Pengeringan, penambahan gula- Penambahan gula

0,85-0,93 - Daging sapi dikeringkan- Susu kental manis

- Pengeringan- Penambahan gula, evaporasi

0,60-0,85 - Tepung terigu- Jam dan jelly

- Pengeringan- Penambahan gula

<0,60 - Biskuit- Potato chips

- Penambahan ingredient- Pengeringan


Materi kuliah Kimia Pangan-AIR.pdf

Documents

Transcript of Materi kuliah Kimia Pangan-AIR.pdf