penentuan umur simpan bahan pangan - elisajulianti · pdf file09/01/2013 1 tujuan...
Post on 05-Feb-2018
255 Views
Preview:
TRANSCRIPT
09/01/2013
1
Tujuan Instruksional Khusus
Mahasiswa mampu menjelaskan metode peramalan
umur simpan bahan pangan yang dikemas
PENENTUAN UMUR SIMPAN BAHAN
PANGAN
UMUR SIMPAN atau MASA
KADALUARSA
Lamanya penyimpanan pada kondisi penyimpanan yang
normal/sesuai) dimana produk masih memiliki atau
memberikan daya guna seperti yang diharapkan
SESUAI STANDAR
Masih memberikan manfaat kesehatan
Masih mengandung komposisi seperti yang diharapkan
Masih memiliki sifat fisik, sensori, kimia atau mikrobiologi yang
baik.
09/01/2013
2
UMUR SIMPAN atau MASA
KADALUARSA
Tanggal kadaluarsa (Expiration date)
Tanggal (waktu) dimana sampai tanggal tersebut produk masih
memberikan daya guna seperti yang diharapkan (jika produk
tersebut disimpan pada kondisi penyimpanan yang tepat).
Batas akhir umur simpan menyimpang dari standar
UMUR SIMPAN
Cara-cara menetapkan umur simpan di industri :
- secara intuisi (dari pengalaman)
- secara analisis ilmiah
Dasar untuk menentukan kriteria/batas rusak secara umum di
industri :
- Cara politis : ditentukan oleh pimpinan perusahaan
- Cara teknis : berdasarkan analisa yang cermat
09/01/2013
3
Dasar politis untuk menentukan kriteria rusak :
1. Berdasarkan konvensi : pimpinan meminta pendapat/rekomendasi
R&D atau bagian pemasaran berdasarkan pengalaman mereka
kemudian ditentukan oleh pimpinan
2. Kebijaksanaan yang didasarkan pada intuisi pimpinan
3. Analisa ekonomi : kalkulasi antara mutu dan lama simpan pada
mutu tertentu sesuai dengan optimalisasi dan nilai ekonominya
4. Musyawarah pimpinan dengan bagian yang relevan kemudian
diadakan konsensus tentang kriteria rusak
5. Aspek kesehatan : kapan produk masih aman untuk dikonsumsi
Dasar teknis untuk menentukan kriteria rusak :
- berdasarkan mutu inderawi
- berdasarkan analisa2 objektif (kriteria daya awet)
Kriteria daya awet :
1. kelas mutu
2. % loss atau % yang baik/utuh
3. % kandungan zat aktif yang masih bisa diterima
4. Mutu inderawi tentang rusak/tidak rusak
5. Mengandung zat/potensi bahaya yang berhubungan dengan
kesehatan, misal : toksin atau mikroba patogen.
09/01/2013
4
MASA SIMPAN : Ditentukan oleh faktor kritis pengolahan :
Bahan mentah bermutu rendah
Mutu rendah, dan penanganan sembarangan
Kondisi pengolahan yang jelek
Pemilihan bahan baku tidak baik, sanitasi kurang baik, dan
praktek pengolahan kurang baik
Kondisi pengemasan yang tidak baik
Pemilihan pengemas salah, dan proses pengemasan kurang baik
Kondisi penyimpanan/distribusi/penjajaan kurang baik
Pengendalian suhu tidak baik, pengendalian kelembaban tidak
baik, dan penanganan tidak baik
Tabel 1. Contoh kriteria mutu produk pada kadar air kritis
Macam Kriteria
1. Biji-bijian Tidak hancur, tidak berjamur,
keras
2. Biskuit, produk kering Tidak lembek, renyah
3. Roti tawar Tidak keras, tidak berjamur
4. Gula Keras, tidak lengket
5. Bumbu-bumbu Tidak lengket, berbentuk
bubuk, tidak berjamur
09/01/2013
5
Aspartam akan mengalami perubahan, menjadi kurang manis dan berubah rasa : pada produk “diet”.
Vitamin C akan mengalami kerusakan selama penyimpanan : pada “produk buah”
Lipid akan mengalami oksidasi dan ketengikan : pada produk snack dan gorengan.
Polifenoloksidase akan menyebabkan pembentukan noda hitam pada udang dan pencoklatan pada apel iris.
Retrogradasi pati akan menyebabkan tekstur roti menjadi keras : disebut staling.
Peningkatan kadar air (penyerapan air) pada biskuit, cracker, dan makanan ringan lainnya akan menyebabkan tekstur menjadi lembek.
09/01/2013
6
09/01/2013
7
DUA CARA PENENTUAN KADALUARSA
EMPIRIS - Produk segar - umur simpan pendek - penyimpanan kondisi normal ESS (extended storage studies) PERMODELAN MATEMATIKA - Produk dikemas - Kondisi dipercepat ASLT ( accelerated shelf life testing), ASS (accelerated storage studies) - Asumsi mutu
EMPIRIS
10
15
20
25
30
35
40
15 17 20
60hari 30 15
O C
H2O %
TERIGU
(kriteria : log jumlah kapang/g = 4,5)
09/01/2013
8
70
75
80
85
90
95
15 20 25 30 35
10
30
50
100
EMPIRIS KOPI BIJI
(kriteria : jumlah kapang lebih kecil dari = 104/g)
Lama Penyimpanan - Hari
O C
HR %
Penentuan Umur Simpan
Pengemasan Produk
Beberapa bungkus produk dengan berat sama, disimpan pada
beberapa desikator yang diatur RH (dibuat beragam).
Diamati perubahan yang terjadi dan kadar airnya
Keburukan :
- waktu lama
- memerlukan jumlah banyak
09/01/2013
9
Penentuan Umur Simpan dengan Metode
Akselerasi (accelerated Shelf Life Testing)
Menyimpan produk pada lingkungan yang menyebabkannya
cepat rusak pada suhu atau RH tinggi
Data perubahan mutu selama penyimpanan diubah dalam
bentuk model matematikaumur simpan ditentukan dengan
cara ekstrapolasi persamaan pada kondisi penyimpanan
normal.
Pendekatan metode kadar air kritis untuk produk pangan
yang mudah rusak akibat penyerapan air selama penyimpanan
Data percobaan yang diperoleh dapat mensimulasi umur
simpan produk dengan permeabilitas kemasan dan
kelembaban relatif ruang penyimpanan yang berbeda
Persamaan untuk menyatakan umur simpan
θ = waktu perkiraan umur simpan (hari)
Me = kadar air keseimbangan produk (g H2O/g padatan)
Mo = kadar air awal produk (g H2O/g padatan)
b = slope kurva sorpsi isotermis
Mc = kadar air kritis (g H2O/g padatan)
k/x = konstanta permeabilitas uap air kemasan g/m2.hari.mmHg)
A = luas permukaan kemasan (m2)
Ws = berat kering produk dalam kemasan (g padatan)
Po = tekanan uap jenuh (mmHg)
b
Po
Ws
A
x
k
)McMe(
)MoMe(ln
Penentuan Umur Simpan dengan Metode Akselerasi
(accelerated Shelf Life Testing) .........2)
................1)
09/01/2013
10
Pada persamaan (1) perlu informasi kurva isoterm sorpsi air (ISA)
dari produk pangan yang diuji untuk menentukan kadar air
kesetimbangan pada kelembaban relatif (RH) penyimpanan (Me)
dan slope kurva (b) Pendekatan ini dapat digunakan bila kurva
ISA berbentuk sigmoid.
Penentuan kadar Air Kritis
Kadar air kritis : nilai kadar air pada kondisi dimana produk
pangan mulai tidak diterima oleh konsumen secara
organoleptik
Caranya : produk disimpan pada suhu kamar dengan kondisi
terbuka, dan kadar air dan nilai kerenyahan dan skor kesukaan
diamati secara periodik hingga produk mengalami kehilangan
kerenyahan
Kadar air produk dimana nilai kerenyahannya sudah tidak
disukai oleh panelis merupakan kadar air kritis
09/01/2013
11
Penentuan Kadar Air Kritis ...........
Contoh : nilai kadar air pada berbagai RH
RH 32% k.a. 4.5% Kadar air kritis
RH 44% k.a. 6.5% Ka>ka kritis
RH 90% k.a. 10% Lembek dan berjamur
Data kadar air, nilai kerenyahan pada setiap periode
pengamatan diplotkan dengan nilai kesukaannya masing-
masing grafik hubungan antara skor kesukaan dengan kadar
air dan hubungan antara skor kesukaan dengan nilai
kerenyahan.
Hubungan tersebut dinyatakan dalam persamaan regresi
linear. Berdasarkan regresi linear yang diperoleh, maka kadar
air kritis dihitung pada saat skor kesukaan panelis berada pada
skala penolakan (misal skor 3 = agak tidak suka)
Penentuan kadar Air Kritis .............2)
09/01/2013
12
Waktu
(jam)
Kadar air
(g H2O/g padatan)
Kerenyahan
(gf) Skor kesukaan
0 0,018 496,78 6,3
1 0,033 452,88 6,0
2 0,043 333,85 5,3
3 0,064 194,93 3,2
4 0,075 94,73 1,7
5 0,083 75,90 1,3
Contoh Perubahan kadar air, nilai kerenyahan, dan skor kesukaan
produk selama periode pengamatan
Nilai kadar air kritis untuk biskuit adonan lunak dan adonan keras
berturut-turut adalah 0,064 g H2O/g padatan dan 0,069 g H2O/g
padatan.
Kadar Air g H2O/g padatan
Sko
r K
esu
ka
an
09/01/2013
13
Nilai kerenyahan pada saat produk ditolak =194,286 gf
untuk biskuit adonan lunak dan 351,763 gf untuk biskuit
adonan keras.
Pembuatan Kurva Isotermi Sorpsi Air
Penyimpanan produk pada berbagai nilai RH
RH dapat diatur dengan menggunakan larutan garam jenuh
Kurva Isotermi Sorpsi Air (ISA) : aw (RHE) Vs Kadar air
keseimbangan (Me)
09/01/2013
14
Kurva kadar air pada berbagai nilai RH menuju kadar
air keseimbangan
09/01/2013
15
Kurva Isotermi Sorpsi Air
Penentuan Nilai aw untuk kadar air kritis
Didasarkan pada kurva isotermi sorpsi air
Perlu menguji ketepatan model ISA yang digunakan
Model untuk penentuan kadar air keseimbangan dan aw
berdasarkan kurva isotermis sorpsi air :
1. Model GAB (Guggenheim–Anderson–deBoer) rentang aw
yang besar (hingga 0.9)
2. Model Hasley
3. Model Chen-Clayton
4. Model Henderson
5. Model Caurie
6. Model Oswin
09/01/2013
16
Persamaan kurva isotermi sorpsi air pada berbagai model
Model Persamaan Linearisasi Persamaan
Hasley
Chen-
Clayton
Henderson
Caurie
Oswin
)2(
)1(exp
P
e
wM
Pa e
w
MPPa
log)2()1(log1lnlog
e
wMP
Pa
2exp
)1(exp e
w
MPPa
)2()1(ln1lnln
new KMa exp1 ew
MnKa
loglog1
1lnlog
we aPPM )2()1(lnln we aPPM )2()1(lnln
)2(
1)1(
P
w
w
ea
aPM
w
we
a
aPPM
1ln)2()1(lnln
Pengujian ketepatan model dilakukan dengan menggunakan
persamaan :
MRD = Mean Relative Determination
Mi = Kadar air hasil percobaan
Mpi = Kadar air hasil perhitungan
n = Jumlah data
MRD < 5 : model tepat
5 < MRD < 10 : model agak tepat
MRD > 10 : model tidak tepat
n
i Mi
MpiMiMRD
1
100
09/01/2013
17
Gambar . Kurva sorpsi isotermis biskuit adonan lunak model GAB
Persamaan GAB :
Jenis Biskuit Persamaan %MRD
Adonan lunak Me = 0,5744 aw/(1 – 0,9481aw)(1 + 13,8569aw) 5,87
Adonan keras Me = 0,1023 aw/(1 – 0,8441aw)(1 + 0,3655aw) 2,19
Persamaan kurva sorpsi isotermis biskuit adonan lunak dan
adonan keras menurut model GAB beserta nilai % MRD-nya
Untuk biskuit adonan lunak, nilai aw pada saat kadar air kritis
tercapai (0,0641 g H2O/g padatan) adalah 0,464, sedangkan untuk
biskuit adonan keras pada kadar air kritis 0,0688 g H2O/g padatan)
adalah 0,474.
09/01/2013
18
Dengan model GAB ditentukan kadar air keseimbangan
pada berbagai nilai RH
Contoh Kadar air kesetimbangan (Me)1
RH 75% RH 80% RH 85%
Biskuit adonan lunak 0,1309 0,1574 0,1968
Biskuit adonan keras 0,1641 0,1950 0,2348
1Dinyatakan sebagai g H2O/g padatan
Penentuan Permeabilitas Kemasan
Misal permeabilitas kemasan terhadap uap air metode
ASTM F1249-01
Jenis Biskuit Kemasan Permeabilitas kemasan (g
H2O/ m2.hari. mmHg2
Biskuit adonan lunak Metallized plastic 0,0136
Biskuit adonan keras Metallized plastic
0,0180
09/01/2013
19
Penentuan Umur Simpan Produk Biskuit
Parameter
Biskuit
adonan
lunak
Biskuit
adonan
keras
Kadar air awal (Mo, g H2O/ g padatan) 0,0183 0,0249
Kadar air kritis (Mc, g H2O/ g padatan) 0,0641 0,0688
Kemiringan kurva ISA (b) 0,1180 0,2185
Berat padatan (Ws, g) 216,00 122,62
Luas kemasan (A, m2) 0,0588 0,0359
Tekanan uap air murni pada 30oC (Po, mmHg) 31,820 31,820
Data-data untuk perhitungan umur simpan model kadar air kritis
Kelembaban Relatif
(%)
Umur Simpan (Hari/Bulan)
Biskuit adonan
lunak
Biskuit adonan keras
75 522 (17,4) 494 (16,5)
80 399 (13,3) 389 (13,0)
85 296 (9,9) 306 (10,2)
Umur simpan biskuit adonan lunak dan adonan keras dalam
kemasan metallized plastic pada berbagai kondisi
kelembaban relatif ruang penyimpanan
09/01/2013
20
KADALUARSA BERDASARKAN
SORPSI ISOTERMIK
(Mc – Mi) x M x 1,5 x 10.000
(PxAx150) – (75 + E) S =
S = daya simpan (hari) Mc= kdr air kritis produk (% bk) Mi= kdr air kesetimbangan (% bk) M = berat produk (g) P = daya tembus uap air bahan pengemas g/m2d) pd 25o C, 75% RH atau 37oC, 90%RH E = ERH produk dalam kemasan (%) A = Luas permukaan kemasan (cm2)
Contoh :
Biskuit 1 kg, kadar air kritis 15 % bk,Kadar air kesetimbangan 6 % bk,ERH 75 %. Dibungkus plastik PE, permeabilitas air 876 g/m2d, luas bungkusan 30 cm.
(Mc – Mi) x M x 1,5 x 10.000
(PxAx150) – (75 + E) S =
(15 -6) x 1000 x 1,5 x 10.000 (876 x 30 x 150) – (75 +75)
= 26,6 hari
09/01/2013
21
Model Q10 (Arrhenius) Laju penurunan mutu (T+10) Q10 =
Laju penurunan mutu pada suhu T ts(T) Q10 = ts (T+10) Q10 = Percepatan reaksi T = Suhu penyimpanan (oC) Ts(T)= Kadaluarsa jika disimpan pd suhu T ts(T+10)= Kadaluarsa jika disimpan pd suhu T+10
09/01/2013
22
Contoh :
Qdt/10 = ts(T1)/ts(T2) Bila Q10 = 3, pd suhu 35oC
kadaluarsa 6 bulan.
Berapa lama kadaluarsa produk
tersebut jika disimpan pada
suhu 20oC t20=t35Q10
dt/10
= 6 x 3(15/10)
= 31,2 bulan
KINETIKA PENURUNAN MUTU
-dQ/dT = kQn
Q = Qualitas (mutu) t = waktu k = konstanta laju penurunan mutu n = ordo reaksi penurunan mutu
09/01/2013
23
Penurunan mutu ordo nol
(n = 0)
-dQ/dt = k atau Qt = Q0 – kt
Penurunan mutu ordo satu (n = 1)
-dQ/dt = kQ atau ln (Qt/Q0) = – kt
Penurunan mutu ordo nol
(n = 0)
-dQ/dt = k atau Qt = Q0 – kt
Jika ditentukan bahwa Qs adalah mutu akhir (mutu produk saat harus ditarik dari pasaran), maka :
Qs = Q0 – kt atau ts = (Q0-Qs)/k dimana ts adalah waktu kadaluwarsa
09/01/2013
24
Penurunan mutu ordo satu
(n = 1)
-dQ/dt = kQ atau ln (Q0/Qt)= – kt
Jika ditentukan bahwa Qs adalah mutu akhir (mutu produk saat harus ditarik dari pasaran), maka :
ln (Q0/Qs)= – kt atau ts = (ln(Q0/Qs))/k atau t1/2 = 0.639/k dimana ts adalah waktu kadaluwarsa
BEBERAPA PENURUNAN MUTU PRODUK
PANGAN SELAMA PENYIMPANAN
Ordo Nol Mutu (overall quality) pangan beku Pencoklatan non enzimatis
Ordo Satu Kehilangan/kerusakan vitamin Inaktivasi/pertumbuhan mikroba Kerusakan warna oksidatif Kerusakan tekstur karena panas
09/01/2013
25
UJI UMUR SIMPAN YANG DIPERCEPAT
(Accelerated Shelf Life Test)
Berdasarkan suhu
Model Arrhenius : mempercepat umur simpan dengan Meningkatkan suhu secara terukur
Rumus umum penurunan mutu : -dQ/dt = kQn Nilai k dipengaruhi suhu :
k = ko exp-Ea/RT
k = konstanta laju penurunan mutu ko = konstanta (faktor frekuensi, tidak tergantung suhu) Ea = energi aktivasi T = suhu mutlak (K) R = konstanta gas; 1,986 kal/mol (8.314 J/mol K0
Rumus-rumus yang digunakan Persamaan Ordo 0 : Qt = Qo – kt
Persamaan Ordo 1 : ln(Qt) = ln(Qo) – kt
Pers. Arrhenius : ln k = lnko –(Ea/R)(1/T)
tt
QQ SlopeSlope = = -- kk
Ordo 0
tt
Ln QLn Q SlopeSlope = = -- kk
Ordo 1
1/T1/T
Ln kLn k SlopeSlope = = -- Ea/REa/R
Arrhenius
09/01/2013
26
Desain Percobaan dan Analisis Data Dalam
Pendugaan Umur Simpan Model Arrhenius
(Studi kasus)
1. Identifikasi faktor-faktor kritis yang menentukan umur simpan produk.
2. Tentukan batas awal mutu dan batas mutu minimum yang diharapkan/dijanjikan atau masih layak pajang/jual.
3. Produk disimpan pada suhu akselerasi, minimum 3 suhu yang dapat meningkatkan kecepatan penurunan mutu produk.
4. Dari studi penyimpanan, prediksi tingkah laku penurunan mutu dengan memplot grafik kinetika reaksi untuk ordo 0 dan ordo 1. Lakukan untuk semua faktor kritis terpilih.
Langkah Pendugaan Umur Simpan
Dengan Kinetika Reaksi
09/01/2013
27
Langkah Pendugaan Umur Simpan dengan Kinetika
Reaksi :
5. Tentukan nilai k untuk tiap suhu penyimpanan terhadap semua faktor
kritis yang dipilih. Nilai k meningkat dengan makin tinggi suhu.
6. Buat persamaan Arhennius yang menunjukkan hubungan antara 1/T dan
Ln k (untuk 3 suhu pengamatan).
7. Hitung nilai k pada suhu penyimpanan atau distribusi yang dikehendaki.
Nilai k dari persamaan ini merupakan laju penurunan mutunya per hari
(penurunan unit mutu organoleptik per hari atau k) pada suhu tersebut.
8. Tentukan dugaan umur simpan produk. Selisih skor awal produk dan skor
pada saat produk tidak disukai dibagi laju penurunan mutu (k) pada suhu
distribusi merupakan umur simpan produk.
Rumus-rumus yang digunakan
Persamaan Ordo 0 : Qt = Qo – kt
Persamaan Ordo 1 : ln(Qt) = ln(Qo) – kt
Pers. Arrhenius : ln k = lnko –(Ea/R)(1/T)
tt
QQ SlopeSlope = = -- kk
Ordo 0
tt
Ln QLn Q SlopeSlope = = -- kk
Ordo 1
1/T1/T
Ln kLn k SlopeSlope = = -- Ea/REa/R
Arrhenius
09/01/2013
28
Kasus 1 :
Pendugaan Umur Simpan Makanan Sapihan
Produk dalam bentuk kemasan akhirnya (polibag) disimpan pada suhu
40, 50 dan 55oC selama 1 bulan.
Pada setiap minggu atau hari ke 0, 7, 14, 21 dan 28 pada setiap suhu
penyimpanan dilakukan pengamatan organoleptik yang meliputi: (1)
Aroma sebelum diseduh, (2) Aroma setelah diseduh, (3) Rasa, dan (4)
warna, menggunakan 16 orang panelis semi-terlatih.
Jumlah sampel untuk organoleptik saja = 3x4x4x5=240 bungkus.
Penilaian metode skor 1 – 5. Nilai yang tidak dapat diterima adalah
skor = 3.
Analisis Organoleptik Menggunakan Uji Skoring
Parameter Organoleptik : Aroma sebelum diseduh Aroma setelah diseduh Warna Rasa
Skor • 5 = Sesuai dengan standar (warna bintik hijau dan merah
cerah) • 4 = Sedikit berbeda dengan standar, tapi masih diterima
(bintik hijau & merah agak cerah) • 3 = Mulai tercium aroma tengik/apek (bintik hijau dan merah
kurang cerah) • 2 = Tengik dan apek (warna agak pucat gelap) • 1 = Sangat tengik dan apek (pucat/gelap)
Skor Mulai Tidak Diterima = 3
09/01/2013
29
SUHU HARI
KE-
Skor
Rata2 Ln Skor
Nilai Slope, K dan korelasi
Slope Intersept Korelasi
40 0 5.0 1.61 ORDO O
7 5.0 1.61 -0.024 5.07 0.89
14 4.7 1.54 ORDO 1
21 4.7 1.54 -0.005 1.62 0.89
28 4.3 1.47
50 0 5.0 1.61 ORDO 0
7 4.9 1.59 -0.047 5.18 0.85
14 4.7 1.54 ORDO 1
21 4.4 1.49 -0.011 1.65 0.82
28 3.6 1.27
55 0 5.0 1.61 ORDO 0
7 4.4 1.49 -0.067 4.81 0.86
14 3.4 1.23 ORDO 1
21 3.3 1.18 -0.017 1.57 0.87
28 3.3 1.18
Aroma sebelum diseduhAroma sebelum diseduh
Perhitungan Nilai K
Suhu 40 C ordo 0
y = -0.0239x + 5.068
R2 = 0.89134.2
4.4
4.6
4.8
5
5.2
0 10 20 30
Waktu Penyimpanan
Sko
r
Suhu 50 ordo 0
y = -0.0474x + 5.176
R2 = 0.8478
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30
Waktu Penyimpanan
Sko
r
Suhu 55 ordo 0
y = -0.067x + 4.812
R2 = 0.8578
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30
Waktu Penyimpanan
Sko
r
Grafik Ordo 0
09/01/2013
30
Suhu 40 C ordo 1
y = -0.0051x + 1.6246
R2 = 0.8867
1.450
1.500
1.550
1.600
1.650
0 5 10 15 20 25 30
Waktu PenyimpananL
n S
ko
r
Suhu 50 C ordo 1
y = -0.011x + 1.6543
R2 = 0.8161
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
0 5 10 15 20 25 30
Waktu Penyimpanan
Ln
Sko
r
Suhu 55 ordo 1
y = -0.0168x + 1.5727
R2 = 0.8668
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
0 5 10 15 20 25 30
Waktu Penyimpanan
Ln
Sko
r
Grafik Ordo 1
top related