kinetika reaksi kimia dalam pengolahan pangan

KINETIKA REAKSI KIMIA DALAM KINETIKA REAKSI KIMIA DALAM PENGOLAHAN PANGANPENGOLAHAN PANGAN

R. BASKARA KATRI ANANDITO, S.TP, MP.R. BASKARA KATRI ANANDITO, S.TP, MP.JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIANJURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARETUNIVERSITAS SEBELAS MARET

SOLOSOLO

PENDAHULUANPENDAHULUAN

Reaksi-reaksi kimia terjadi pada produk pangan selama pengolahan dan penyimpanan.

Beberapa reaksi tersebut akan menyebabkan penurunan mutu harus diminimalkan

Kinetika adalah ilmu yang mempelajari kecepatan reaksi kimia dan mekanismenya.

Dengan mengetahui kecepatan reaksi dan mekanismenya penurunan kualitas selama pengolahan & penyimpanan dapat diminimalkan.

Laju reaksi = dN / dtLaju reaksi = dN / dt

TEORI KECEPATAN REAKSITEORI KECEPATAN REAKSI

Teori Tumbukan (collision theory)

Reaksi yang terjadi adalah hasil dari adanya tumbukan antar molekul-molekul yang mempunyai tingkat energi yang tinggi, yang menyebabkan terganggunya gaya tarik-menarik alami antar molekul-molekul tersebut.

Teori Aktivasi (activation theory)

Secara struktural, molekul mempunyai suatu bagian (gugus) yang bersifat labil. Jika tingkat energi pada gugus yang labil tersebut ditingkatkan (dengan cara meningkatkan suhu), maka akan terjadi reaksi dengan melepas kelebihan energi sehingga bisa diperoleh tingkat energi baru yang lebih rendah dan stabil.

ORDE REAKSIORDE REAKSI

Persamaan umum kinetika :

dA/dt = laju reaksi A

k = konstanta laju reaksi A

[A] = konsentrasi A

n = orde reaksi

nAk - dt

dA

Untuk reaksi orde 0 :

kt - A A

kt- A - A

dtk - dA

k- dt

dA

k- dt

dA

Ak - dt

dA

0t

0t

t

0

t

0

t

0

t

0

0

A0 = konsentrasi A pada waktu ke- 0

At = konsentrasi A pada waktu ke- t

k = konstanta laju reaksi

t = waktu Karakteristik dari reaksi orde nol hubungan linier

antara reaktan atau produk dengan waktu

waktu

Ko

nse

ntr

asi

A

waktu

Ko

nse

ntr

asi

ASlope = - k Slope = k

Untuk reaksi orde 1 :

kt - Aln Aln

kt- A

Aln

kt- dA A

1

dtk - A

dA

A k- dt

dA

Ak - dt

dA

Ak - dt

dA

0t

0

t

t

0

t

0

t

0

t

0

t

0

1

Karakteristik orde I :

waktu

ln A

waktuln

A

Slope = - k Slope = k

Ko

ns

entr

as

i A (

%)

Waktu

Cara menentukan apakah suatu reaksi orde 0 atau 1

1. Plot data sumbu y (misal : konsentrasi A) vs

sumbu x (waktu) regresi linier : y = bx + a

didapatkan juga R2 (koefisien korelasi).

2. Plot data ln A (sumbu y) vs waktu (sumbu x)

regresi linier : y = bx + a didapatkan juga R2

3. Bandingkan kedua R2 tersebut, yang paling

mendekati R2 = 1 dipilih. Jika (1) yang

mempunyai R2 lebih mendekati 1 maka orde 0.

Jika (2) mempunyai R2 lebih mendekati 1 maka

orde 1

Contoh :

Suatu percobaan tentang kerusakan vitamin C selama proses sterilisasi (121,1 0C) sari buah anggur memperoleh data sebagai berikut :

Tentukan nilai k dan perkirakan pada waktu berapakah kadar vitamin C sebesar 50 % !

Waktu

(menit)

Kadar Vit. C (%)

0 100

5 90

10 79

15 68

20 54

Plot Orde 0

y = -2,28x + 101

R2 = 0,996

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25

Waktu (menit)

(Vit

amin

C (

%)

Plot Orde 1

y = -0,0303x + 4,6391

R2 = 0,9762

3,94

4,1

4,24,34,44,5

4,64,7

0 5 10 15 20 25

Waktu (menit)

Ln

(V

itam

in C

)

Dari kedua plot (orde 0 dan orde 1) maka diperoleh : Plot orde 0 : y = - 2,28x + 101 dengan R2 = 0,996 Plot orde 1 : y = - 0,0303x + 4,6391 dengan R2 =

0,9762

Dari kedua plot tersebut maka reaksi tersebut mempunyai orde 0 R2 lebih mendekati 1 dibanding R2 pada plot orde 1. Sehingga persamaan reaksi penurunan vitamin C adalah :

y = - 2,28x + 101

dari persamaan tersebut didapatkan slope = - 2,28 dan intersep = 101

slope = k nilai k = 2,28 / menit

Tanda negatif (-) atau positif (+) pada slope persamaan menunjukkan : jika (+) berarti penambahan; jika (-) berarti pengurangan

Persamaan : y = - 2,28x + 101

50 = - 2,28x + 101

- 51 = - 2,28x

x = 22,37

Jadi kadar vitamin C tinggal 50 % ketika waktu sterilisasi 22,37 menit.

PENGARUH SUHU TERHADAP PENGARUH SUHU TERHADAP LAJU REAKSILAJU REAKSI

PERSAMAAN ARRHENIUSPERSAMAAN ARRHENIUS

k = konstanta laju reaksik = konstanta laju reaksi

kk00 = faktor frekuensi reaksi = faktor frekuensi reaksi

R = konstanta gas (1,987 kal / g-mole K)R = konstanta gas (1,987 kal / g-mole K)

EEaa = energi aktivasi, yang nilainya dianggap konstan = energi aktivasi, yang nilainya dianggap konstan

pada suatu kisaran suhu tertentupada suatu kisaran suhu tertentu Energi aktivasi diartikan sebagai suatu tingkat energi minimum yang Energi aktivasi diartikan sebagai suatu tingkat energi minimum yang

diperlukan untuk memulai suatu reaksi.diperlukan untuk memulai suatu reaksi.

T

1

R

E -

0RT

E -

0

T

1 -

T

1

R

Ea-

0

RT

E-

0RT

E-

00

aa

0

a

0

a

e . ke . k k

e k

k

e .Ak e .A k

Persamaan Arrhenius juga dapat dinyatakan dalam Persamaan Arrhenius juga dapat dinyatakan dalam bentuk :bentuk :

Persamaan di atas merupkan persamaan garis lurus (linier), dengan 1/T sebagai sumbu X dan ln k sebagai sumbu Y. Dengan demikian, slope dari kurva tersebut adalah – Ea / R.

T

1

R

E -kln k ln a

0

Q10

Q10 didefinisikan sebagai berapa kali perubahan laju reaksi jika suhu berubah 10 0C. Jika laju reaksi meningkat menjadi 2 kalinya saat suhu dinaikkan 10 0C, maka Q10 = 2.

Untuk reaksi perubahan warna dan flavor secara enzimatis, degradasi pigmen natural, pencoklatan non enzimatis, dan laju pertumbuhan mikrobia biasanya besarnya Q10 = 2.

12

21

T

1 -

T

1

R

Ea-

1

012012

1012

1

2

10

T- T

1012

10

22

11

e k

k

Arrheniuspersamaan dalam

T Tdan T; T ;k k k; k Substitusi

Qln 10

T - T

k

kln

Qk k

: Q definisi dari

T pada reaksilaju konstanta k

T pada reaksilaju konstanta k

e Q

TT 10

)(Qln

R

Ea

Qpersamaan subtitusi

T T

T - T

R

Ea -

k

kln

T

1

T

1

R

Ea -

k

kln

21TT

10

R

Ea

10

1210

10

12

21

1

2

121

2

Nilai Z Nilai z didefinisikan sebagai perubahan suhu yang diperlukan

untuk mengubah laju reaksi sebesar 1 log cycle.

21

12

12

1

2

)T(T

12

TT

REa

(10)ln z

TT

1

R

Ea

z

(10)ln

: arrheniuspersamaan dan atas dipersamaan dari

(10)ln z

T - T

k

kln

(10) k k12

z

Contoh :

Kinetika reaksi inaktivasi enzim polifenol oksidase pada jamur mengikuti orde 1 dan konstanta laju reaksinya pada 50 0C, 55 0C, dan 60 0C adalah 0,019; 0,054; dan 0,134 / menit. Tentukan energi aktivasi, nilai z, dan Q10 !

Jawab :

Regresi linier 1 / T (sumbu x) vs ln k (sumbu y)

Suhu (0C) T (0K) 1 / T K (1/menit) ln k

50 323 0,003096 0,019 - 3,96332

55 328 0,003049 0,054 - 2,91877

60 333 0,003003 0,134 - 2,00992

y = -21016x + 61,12

R2 = 0,999

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,00298 0,003 0,00302 0,00304 0,00306 0,00308 0,0031 0,00312

1/T

ln k

Slope = - 21016

- Ea / R = - 21016 Ea = 21016 x 1,987

= 41758,792 kal / gmol

= 41,76 kkal / gmol

7,028 Q

1,95 (333) (323)

1 (21016) 10

TT

1

R

Ea 10 )(Qln

e Q

10

2110

TT

10

R

Ea

1021

C 11,8 333) x (323 21016

(10)ln

TT R / Ea

(10)ln z

0

21

• Penyedap rasa berbentuk bubuk dalam kemasan sachet akan mengalami penurunan mutu aroma selama penyimpanan. Pengujian aroma selama penyimpanan dilakukan dengan uji sensoris. Data skor sensori penyedap rasa tersebut adalah :

Suhu Pengujian (0C) Waktu (hari) Skor Sensori40 0

369

12

87,937,867,837,79

45 0369

12

87,867,727,597,41

50 0369

12

87,697,317,036,66

Pertanyaan :

1. Tentukan persamaan kinetika reaksi penurunan aroma selama penyimpanan! Tentukan juga orde reaksinya!

2. Tentukan nilai k untuk masing-masing suhu pengujian!

3. Tentukan energi aktivasi! Gunakan plot Arrhenius!

4. Tentukan Q10!

Jawab :

Dipilih orde 0 karena nilai R2 lebih mendekati 1. Nilai k masing-masing suhu :

Suhu (0C) k Suhu (K) 1 / T Ln k

40 0,0173 313 0,00319 - 4,057

45 0,0483 318 0,00314 - 3,030

50 0,1113 323 0,00309 - 2,196