analisis kadar abu dan mineral dalam bahan pangan

ANALISIS KADAR ABU DAN MINERAL DALAM BAHAN PANGAN

Bagian dari Kuliah Analisis Pangan 2012

PengertianPengertian

• Abu adalah zat anorganik sisa hasil pembakaran suatu bahan organik

• Kadar Abu : ukuran dari jumlah total mineral yang ada dalam makanan

• Kadar Mineral : ukuran jumlah komponen anorganik tertentu yang ada dalam makanan, seperti Ca, Na, K dan Cl

Pengertian MineralPengertian Mineral

Mineral dalam bahan pangan terdiri dari 3 bentuk, yaitu :–Garam organik, cth : garam asam

malat, oksalat, asetat, pektat dll –Garam Anorganik, cth : garam fosfat,

karbonat, sulfat, nitrit, dll– Senyawa kompleks yang bersifat

organis

Urgensi Penentuan abu dan Urgensi Penentuan abu dan kandungan mineral makanankandungan mineral makanan

• Nutritional labeling– Konsentrasi dan jenis mineral sering dicantumkan

pada label makanan.

• Quality– Kualitas makanan dpt dipengaruhi konsentrasi dan

jenis mineral yang dikandungnya, termasuk selera mereka, penampilan, tekstur dan stabilitas.

• Microbiological stability– Kadar mineral yg tinggi kadang digunakan untuk

menghambat pertumbuhan mikroorganisme tertentu.

Urgensi Penentuan abu dan Urgensi Penentuan abu dan kandungan mineral makanankandungan mineral makanan

• Nutrition– Beberapa mineral yang penting untuk diet

yang sehat (misalnya, kalsium, fosfor, kalium dan natrium) sedangkan yang lain dapat menjadi racun (misalnya, timah, air raksa, cadmium dan alumunium).

• Processing– Hal ini sering penting untuk mengetahui

kandungan mineral makanan selama pemrosesan karena ini mempengaruhi sifat-sifat fisika makanan.

Penentuan Kadar Abu Penentuan Kadar Abu

• Ash merupakan residu anorganik yang tersisa setelah air dan materi organik telah habis oleh pemanasan, yang menunjukan jumlah total mineral dalam makanan.

• Prinsip penentuan kadar abu adalah didasarkan pada kenyataan bahwa – mineral tidak hancur dengan pemanasan– mineral memiliki volatilitas yang rendah

dibandingkan dengan komponen makanan lainnya.

• Metode Pengabuan terdiri dari 3 macam yaitu : –Pengabuan kering–Pengabuan basah –Pengabuan plasma suhu rendah

• Metode pengabuan dipilih berdasarkan pada – tujuan analisis– jenis makanan dianalisis –peralatan yang tersedia.

• Pengabuan juga digunakan sebagai langkah pertama dalam mempersiapkan sampel untuk analisis mineral tertentubaik menggunakan spektroskopi atom maupun metode tradisional

• Umumnya kadar abu dalam bahan pangan jarang melebihi 5%, walaupun beberapa makanan olahan dapat memiliki isi abu mencapai 12%, misalnya, daging sapi kering.

Persiapan Contoh untuk PengabuanPersiapan Contoh untuk Pengabuan• Pemilihan sampel yg akan dianalisis dan pastikan

bahwa prosedur persiapan dan analisis nantinya tidak mempengaruhi kandungan abu dalam sampel

• Umumnya jumlah sampel yg digunakan adalah 1 - 10 gram

• Sampel dibebaskan dari kadar air yg terlalu tinggi dan lemak

• Sampel dibebaskan dari kemungkinan kontaminasi mineral lain dari peralatan analisis (grinder, alat gelas dll)

• Bila menggunakan air, gunakan aquades deionisasi

Pengabuan KeringPengabuan Kering

• Menggunakan tanur dengan suhu 500 - 600 o C selama 24 jam

• Air dan bahan volatile lain diuapkan dan zat-zat organik dibakar hingga menghasilkan CO 2, H 2 O dan N 2

• Kebanyakan mineral dikonversi ke oksida, sulfat, fosfat, klorida atau silikat.

• Meskipun sebagian besar mineral memiliki volatilitas yang cukup rendah pada suhu tinggi tp ada mineral yg mudah menguap dan mungkin sebagian hilang, misalnya, besi, timah dan merkuri.

Perhitungan dalam Perhitungan dalam Pengabuan KeringPengabuan Kering

• Sampel makanan ditimbang sebelum dan sesudah pengabuan untuk menentukan konsentrasi abu.

• Kadar Abu dapat dinyatakan dlm basis kering (db) dan basis basah (wb)

MMash :ash : berat abuberat abu

MMwet : berat basahwet : berat basah

MMdry : berat kering (tanpa air)dry : berat kering (tanpa air)

Wadah Pengabuan KeringWadah Pengabuan Kering• Jenis wadah : kuarsa, Pyrex, porselen, baja dan

platinum• Pemilihan wadah tergantung pada sampel yang

dianalisis dan suhu tanur yang digunakan• Wadah yg paling banyak digunakan adalah porselen

karena :– relatif murah untuk membeli– dapat digunakan pd suhu tinggi (< 1200 o C) – mudah dibersihkan– tahan terhadap asam tetapi dapat berkarat oleh

alkali sampel– pecah jika mengalami perubahan suhu yang cepat.

Keuntungan Metode Pengabuan KeringKeuntungan Metode Pengabuan Kering

• Aman • Hanya membutuhkan reagen dalam

jumlah sedikit• Beberapa sampel dpt dianalisis secara

bersamaan• Tidak memerlukan tenaga pekerja yg

intensif• Abu yg dihasilkan dapat di analisis

untuk penentuan kadar mineral specific

Kerugian Metode Pengabuan KeringKerugian Metode Pengabuan Kering

• Memerlukan waktu lama : 12-24 jam• Biaya listrik yg lebih tinggi untuk

memanaskan tanur• Kehilangan mineral yg dpt menguap pada

suhu tinggi, spt : Cu, Fe, Pb, Hg, Ni, Zn.– Penetapan mineral K max. : 480 C– Penetapan mineral Zn max. : 450 C– Beberapa mineral menjadi tidak larut bila

dipanaskan pada suhu terlalu tinggi (cth : timah putih)

Perkembangan Metode Pengabuan Perkembangan Metode Pengabuan Kering dg Menggunakan MicrowaveKering dg Menggunakan Microwave

• Perangkat ini dapat diprogram untuk awalnya menghapus langkan air dalam bahan (menggunakan panas yang relatif rendah) dan dilanjutkan dg proses pengabuan (menggunakan panas yang relatif tinggi).

• Instrumen microwave sangat mengurangi waktu yang dibutuhkan pengabuan hingga satu jam.

• Kekurangannya adalah tidak mungkin untuk menganalisis sampel secara simultan sebanyak sampel seperti dalam tanur.

Pengabuan BasahPengabuan Basah

• Pengabuan basah terutama digunakan dalam penyiapan sampel untuk analisis mineral tertentu

• Cara kerjanya menghilangkan semua bahan organik sehingga yg tersisa adalah mineral terlarut

• Sampel yg akan diuji ditimbang ke dalam sebuah botol yang berisi asam kuat dan agen oksidator (misalnya, nitrat, perklorat dan / atau asam sulfat) dan kemudian dipanaskan.

• Pemanasan dilakukan sampai materi organik benar-benar hilang dan hanya menyisakan mineral oksida dalam larutan, biasanya memerlukan waktu 10 menit - beberapa jam pada suhu 350 o C. .

• Suhu dan waktu yang digunakan tergantung pada jenis asam dan agen oksidator yang digunakan.

• Larutan yg diperoleh selanjutnya dapat dianalisis untuk mineral tertentu.

Keuntungan Metode Pengabuan BasahKeuntungan Metode Pengabuan Basah

• mineral volatile yg hilang tidak banyak karena menggunakan suhu yang lebih rendah

• Waktu analisis lebih cepat daripada pengabuan kering.

Kerugian Metode Pengabuan BasahKerugian Metode Pengabuan Basah

• Memerlukan tenaga kerja intensive• Memerlukan lemari asap jika

menggunakan asam perklorat karena sifat berbahaya

Pengabuan Plasma Suhu RendahPengabuan Plasma Suhu Rendah• Sampel ditempatkan dalam chamber kaca

yang divakumkan menggunakan pompa vakum.

• Sejumlah oksigen O2 dipompakan ke dalam chamber tsb hingga terbentuk 2O dg aplikasi frekuensi electromagnetic radio .

O 2 2O • Semua bahan organik akan teroksidasi dg

adanya 2O dan kadar air akan menguap krn peningkatan suhu

• Metode ini menggunakan suhu yang relatif rendah (<150 o C) sehingga hilangnya mineral volatil dpt dikurangi

• Keuntungan: mengurangi kemungkinan hilangnya mineral volatil

• Kerugian : relatif mahal peralatan

Mineral dalam bahan panganMineral dalam bahan pangan

• Kalsium• Fosfor• Besi• Natrium• Potasium

• Magnesium• Belerang• Kobalt• Zink

Penentuan jenis mineralPenentuan jenis mineral

Penentuan abu (total larut & tidak larut) Prinsip : mengoksidasi/pembakaran

semua bahan organik pada suhu tinggi (550-600 C) kemudian menimbang zat

yg tertinggal setelah proses pembakaran tsb

Penentuan individu komponen mineral

Penentuan Abu yang larut dan Penentuan Abu yang larut dan tidak larut dalam airtidak larut dalam air

• Penentuan total abu juga berguna untuk penentuan rasio abu yg larut dalam air dan tidak larut dalam air yg berguna juga dalam penentuan kualitas makanan tertentu seperti kadar buar dalam jelly

• Caranya : Abu dilarutkan dalam aquades kemudian dipanaskan hingga suhu mendekati 100 C dan hasilnya disaring dg kertas saring.

• Jumlah abu larut air ditentukan dg mengeringkan filtrat, dan abu tidak larut air ditentukan dari abu yg tertinggal pada kertas saring

Perbandingan Metode PengabuanPerbandingan Metode Pengabuan

• Pengabuan kering konvensional, prosedurnya sederhana, tidak padat karya, tidak memerlukan bahan kimia mahal dan dapat digunakan untuk menganalisis banyak sampel secara bersamaan.

• Namun demikian, prosedur ini memakan waktu lama dan mineral volatile dapat hilang krn suhu tinggi. Solusinya, menggunakan microwave yg mampu mempercepat proses pengabuan kering.

• Pengabuan basah dan pengabuan plasma suhu rendah lebih cepat dan lebih sedikit menyebabkan hilangnya mineral stabil karena sampel dipanaskan dg suhu yg lebih rendah.

• Namun demikian, prosedur ashing basah memerlukan penggunaan bahan kimia berbahaya dan padat karya, sedangkan metode plasma membutuhkan peralatan mahal dan memiliki throughput sampel rendah.

Penentuan Kadar MineralPenentuan Kadar Mineral

Banyak metode analisis yang digunakan untuk menentukan kandungan mineral spesifik makanan mengharuskan mineral dilarutkan dalam larutan

Untuk alasan ini, perlu dilakukan

isolasi mineral dari matriks

organik yang mengelilingi

mereka sebelum analisis, salah

satunya dengan pengabuan.

Hal yg perlu diingat bahwa prosedur pengabuan jangan sampai mengubah konsentrasi mineral dalam makanan

Persiapan ContohPersiapan Contoh

• Sumber kesalahan lain dalam analisis mineral adalah kehadiran kontaminan dalam air, reagen atau peralatan gelas.

• Untuk itu harus menggunakan ultrapure water atau reagents dan atau blanko pada saat yg sama dg analisis sampel

• Wadah blanko harus sama dengan wadah sampel agar bila ada kontaminan akan sama nilainya

• Cara koreksi kesalahan : Konsentrasi mineral dalam sample dikurangi dg nilai yang ditentukan untuk blanko atau sebaliknya.

• Beberapa substansi dapat mengganggu analisis mineral tertentu, dan karenanya harus dihilangkan sebelum analisis atau diperhitungkan dalam interpretasi data.

METODE ANALISIS MINERALMETODE ANALISIS MINERAL

Metode GravimetrikMetode Gravimetrik

Metode Kolorimetrik Metode Kolorimetrik

Metode Titrasi Metode Titrasi

Metode Elektroda Ion-Selektif Metode Elektroda Ion-Selektif

Metode Spektroskopi Atom Metode Spektroskopi Atom

Metode GravimetrikMetode Gravimetrik• Komponen yg dianalisis adalah endapan dalam

larutan yg merupakan hasil reaksi reagen dgn mineral

• Endapan dipisahkan dari larutan dengan cara filtrasi, pembilasan, pengeringan dan penimbangan

• Jumlah mineral dalam sampel ditentukan berdasarkan pengetahuan/literatur tentang rumus kimia endapan.

• For example, jumlah klorida dalam larutan dapat ditentukan dengan menambahkan kelebihan ion perak untuk membentuk endapan klorida larut perak, karena diketahui bahwa Cl adalah 24,74% dari AgCl.

• Gravimetric procedures are only suitable for large food samples, which have relatively high concentrations of the mineral being analyzed.

• They are not suitable for analysis of trace elements because balances are not sensitive enough to accurately weigh the small amount of precipitate formed.

Metode Kolorimetrik Metode Kolorimetrik • Prinsip dalam metode ini adalah reaksi perubahan warna

reagen ketika bereaksi dengan mineral tertentu dalam larutan yang dapat diukur berdasarkan absorbansi larutan pada panjang gelombang tertentu menggunakan Spektrofotometer.

• Vandat sering digunakan sebagai reagen dalam metode ini karena dapat berubah warna saat bereaksi dgn mineral.

• For example, fosfor dpt dianalisa dgn penambahan vandat-molybdate , akan bereaksi membentuk warna kuning-orange yg kemudian dpt dianalisa dg spektrofotometer pada panjang gelombang 420nm

• Different reagents are also available to colorimetrically determine the concentration of other minerals.

Metode Titrasi Metode Titrasi

• Titrasi EDTA (Kompleksimetri)• Titrasi Redoks • Titrasi Pengendapan

Titrasi EDTA (Kompleksimetri)Titrasi EDTA (Kompleksimetri)• EDTA adalah reagen kimia kuat yang

membentuk kompleks dengan ion logam multivalent.

• Garam dinatrium EDTA biasanya digunakan karena tersedia dalam kemurnian tinggi: Na 2 H 2 Y.

• Reaksi kompleks ion mineral dg EDTA :

m 2 + + H 2 Y 2- mY 2- + 2H + m 2 + + H 2 Y 2 - mY 2 - + 2H +

m 3 + + H 2 Y 2- mY - + 2H + m 3 + + H 2 Y 2 - mY - + 2H + m 4 + + H 2 Y 2- mY + 2H + m 4 + + H 2 Y 2 - mY + 2H +

ABUAIR

NaOH hingga pH 12,5 - 13

INDIKATOR

TITRASI EDTA

Prosedur Umum Titrasi EDTA

• Metode ini sering digunakan untuk analisa kalsium

Kompleks EDTA-indicator dipilih yg lebih lemah daripada kompleks EDTA-mineral sehingga saat dititrasi EDTA akan lebih dahulu membentuk kompleks dg mineral daripada dengan indikator. Titik akhir titrasi ditandai dg bereaksinya EDTA dg indikator yg menunjukan warna tertentu.

Kadar mineral diukur berdasarkan volume EDTA yg dititrasi kemudian dibandingkan dengan kurva standar/kalibrasi

Jika dalam sampel terdapat beberapa jenis mineral maka hal itu akan menjadi masalah dlm penentuan kadar mineral tertentu. Untuk itu solusinya dpt dg melewatkan larutan pada kolom pertukaran ion sebelum analisis untuk menghilangkan ion mineral lain.

Titrasi RedoksTitrasi Redoks

• Banyak prosedur analitis didasarkan pd reaksi redoks. • Reaksi reduksi adalah penambahan elektron oleh atom

atau molekul, sedangkan oksidasi adalah pengurangan elektron dari atom atau molekul.

• Setiap molekul yang mendapatkan elektron selama reaksi dikatakan akan tereduksi, sedangkan setiap molekul yang kehilangan elektron dikatakan teroksidasi, dengan atau tanpa oksigen.

• Elektron tidak dapat diciptakan atau dihancurkan dalam reaksi kimia biasa, maka setiap reaksi oksidasi selalu disertai dengan reaksi reduksi. Reaksi ini disebut reaksi redoks:

Bentuk Reaksi RedoksBentuk Reaksi Redoks

Para analis sering merancang suatu sistem reaksi ganda dalam analisisnya dimana salah satunya dapat diukur berdasarkan suatu perubahan yang dapat diukur sebagai titik akhir kesempurnaan reaksi, misalnya perubahan warna.

Dengan demikian salah satu reaksi melibatkan mineral yang dianalisis (misalnya, X = analyte), sedangkan yang lain melibatkan indikator (misalnya, Y = indikator)

Sebagai contoh, ion permanganat (MnO 4 -) adalah warna ungu tua (bentuk teroksidasi), sedangkan ion mangan (Mn 2 +) adalah warna pink pucat (bentuk tereduksi). Dengan sifat tersebut maka permanganat dapat digunakan sebagai indikator dalam reaksi redoks.

(ungu tua) (pink pucat)

Contoh Contoh • Kadar kalsium atau besi dalam produk pangan

dapat ditentukan dengan titrasi menggunakan larutan kalium permanganat, dimana titik akhir titrasi ditandai dengan perubahan warna dari pink ke ungu.

• Kadar kalsium atau besi ditentukan dari volume larutan permanganat (diketahui molaritasnya) yang diperlukan untuk mencapai titik akhir titrasi .

• Reaksi penentuan kadar besi adalah:

• Kalium permanganat dititrasi ke dalam larutan abu.

• Selama ada Fe2 + dalam sampel, MnO4–

akan dikonversi menjadi Mn2 + yang menunjukan warna pink pucat.

• Setelah semua Fe2 + telah dikonversikan ke Fe3 + maka MnO4 - tetap dalam bentuknya tersebut dan larutan akan berwarna ungu, yang merupakan tanda titik akhir titrasi.

Titrasi PengendapanTitrasi Pengendapan

• Metode ini didasarkan pada kemampuan suatu mineral untuk mengendap dengan titrasi suatu pereaksi tertentu.

• Metode titrasi pengendapan yang umum digunakan dalam industri pangan di antaranya adalah metode Mohr untuk penentuan kadar kalsium, yaitu dengan cara menambahkan perak nitrat ke dalam sampel dan indikator kromat.

• Reaksinya : AgNO 3 + NaCl AgCl(s) + NaNO 3

• Titik akhir dari reaksi mulai timbulnya warna oranye.• Kadar klorida ditentukan berdasarkan volume

larutan perak nitrat (yang diketahui molaritasnya) yang digunakan untuk titrasi.

Interaksi antara perak dan klorida yang jauh lebih kuat daripada antara perak dan kromat. Oleh karena itu ion perak akan bereaksi dengan ion klorida membentuk endapan AgCl hingga seluruh ion klorida habis. Selanjutnya ion perak akan bereaksi dengan ion kromat dan reaksi tersebut menghasilkan warna orange pd larutan. Ag + + Cl - AgCl (tidak berwarna)

Sampai semua Cl– membentuk kompleks 2Ag + + CrO 4 2- Ag 2 CrO 4 (orange)

Setelah semua Cl- membentuk kompleks

Metode Elektroda Ion-Selektif Metode Elektroda Ion-Selektif • Prinsip kerja perangkat ini seperti pH-meter, tapi

elektroda kacanya berbeda dimana elektroda pada perangkat ini sensitive terhadap ion tertentu (non H+ ).

• Elektroda kaca khusus tersedia secara komersial untuk menentukan konsentrasi K + , Na +, NH 4 +, Li +, Ca 2 + dan Rb + dalam larutan.

• Cara kerja : dua elektroda dicelupkan ke dalam larutan sampel yang mengandung mineral yang larut, yaitu : elektroda referensi dan elektroda selektif ion.

• Besarnya voltase yang diberikan pada elektroda tergantung pada konsentrasi mineral dan pengukuran dilakukan pada suhu rendah untuk mencegah perubahan konsentrasi ion.

• Konsentrasi mineral tertentu ditentukan dari kurva kalibrasi, tegangan vs konsentrasi mineral (logaritma).

• Keuntungan metode ini adalah sederhana, cepat dan mudah penggunaannya.

• Teknik ini telah banyak digunakan untuk menentukan konsentrasi garam mentega, keju dan daging, konsentrasi kalsium susu dan konsentrasi CO2 dalam minuman ringan.

• Pada prinsipnya, elektrode selektif ion hanya peka terhadap satu jenis ion, adanya ion lain akan mengganggu pengukuran. Masalah ini dapat dikurangi dengan cara mengatur pH, membentuk kompleks ion atau mengendapkan ion pengganggu.

• Teknik ISE hanya dapat menentukan kadar ion yang dalam keadaan bebas dalam larutan sampel.

Metode Spektroskopi Atom Metode Spektroskopi Atom

• Metoda ini lebih sensitif, spesifik, dan lebih cepat daripada metode kimia basah konvensional dalam menentukan jenis dan kadar mineral tertentu

• For this reason, metoda ini sudah menggantikan metode kimia dalam analisa rutin di laboratorium

Metode Spektroskopi Atom Metode Spektroskopi Atom A. Atomic Absorption Spectroscopy

Instrumennya :1. The radiation source 2. Chopper3. Atomizer 4. Wavelength selector 5. Detector/Readout

B. Atomic Emition Spectroscopy,

Instrumennya :1. Atomization-Excitation Source 2. Wavelength selectors

SELESAISELESAI