karakteristik isoterm sorpsi air pada tepung ubi jalar...

28
i KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR TERFERMENTASI DENGAN ANGKAK (WATER SORPTION ISOTHERM CHARACTERISTICS OF FERMENTED SWEET POTATO FLOUR WITH RED YEAST RICE) Oleh: Yulinda Eka Ayu Rukmawati 652013026 SKRIPSI Diajukan kepada Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2017

Upload: leliem

Post on 20-Mar-2019

233 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

i

KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR

TERFERMENTASI DENGAN ANGKAK

(WATER SORPTION ISOTHERM CHARACTERISTICS OF FERMENTED

SWEET POTATO FLOUR WITH RED YEAST RICE)

Oleh:

Yulinda Eka Ayu Rukmawati

652013026

SKRIPSI

Diajukan kepada Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika guna

memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

Fakultas Sains dan Matematika

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

2017

Page 2: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

ii

Page 3: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

iii

Page 4: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

iv

Page 5: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

1

KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR

TERFERMENTASI DENGAN ANGKAK

(WATER SORPTION ISOTHERM CHARACTERISTICS OF FERMENTED

SWEET POTATO FLOUR WITH RED YEAST RICE)

Yulinda Eka Ayu Rukmawati1, Sri Hartini

2, Margareta Novian Cahyanti

2

1 Mahasiswa Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika

2 Dosen Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika

Universitas Kristen Satya Wacana

Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711 Jawa Tengah - Indonesia

[email protected]

ABSTRACT

This research aims to determine moisture sorption isotherm curves,

mathematical models and moisture sorption isotherm characteristics of fermented sweet

potato flour with red yeast rice. Mathematical models was used GAB (Guggenheim

Anderson deBoer), BET (Brunauer Emmet Teller) and Caurie were tested the accuracy

model with MRD (Mean Relative Determination). Result of the study showed that the

moisture sorption isotherm curve of fermented sweet potato flour with red yeast rice had

the sigmoid form (type II). The best mathematical model of fermented sweet potato

flour with red yeast rice was GAB model with MRD at temperature 30˚C, 35˚C and

40˚C were 4.41%, 2.50% and 3.37%. Moisture sorption isotherm characteristic of

fermented sweet potato flour with flour by red yeast rice included primary bound water

at temperature 30˚C, 35˚C and 40˚C in GAB model were 6.79%, 6.50% and 9.85%,

BET model were 5.15%, 4.88% and 6.29%, while Caurie model were1.38%, 1.33%,

1.36%, secondary bound water was 63.05% and tertiary bound water was 95.09%,

surface area at temperature 30˚C, 35˚C and 40˚C were 56.05 m2/g; 57.68 m

2/g dan

50.82 m2/g, enthalpy and entropy of water sorption process were decreased when

moisture content increased.

Keywords : Mathematical Model, Red Yeast Rice, Thermodynamic,Sweet Potato

Flour, Water Sorption Isotherm.

PENDAHULUAN

Ubi jalar (Ipomoea batatas) merupakan salah satu tanaman pangan tropis yang

banyak terdapat di Indonesia. Menurut Honestin (2007) pengolahan ubi jalar menjadi

tepung merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memperpanjang masa

simpannya. Dalam pembuatan tepung, ubi jalar difermentasi dengan menggunakan

Page 6: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

2

angkak yang merupakan produk hasil fermentasi dari Monascus purpureus. Proses

fermentasi akan menguraikan pati dan selulosa menjadi glukosa oleh enzim amilase dan

selulase yang dimiliki Monascus purpureus (Susetyo dkk., 2016).

Produk pangan dalam bentuk tepung ini bersifat higroskopis yang dapat

mempengaruhi masa simpan dan kualitas dari tepung tersebut. Stabilitas produk dapat

ditentukan oleh dua faktor utama, yaitu kelembaban relatif kesetimbangan (RH) atau

aktivitas air (aw) tempat penyimpanan dan kadar air kesetimbangan bahan pangan (Me)

(Widowati dkk., 2010). Hubungan antara aktivitas air/water activity (aw) dengan kadar

air produk pangan di suatu kondisi penyimpanan pada nilai kelembaban relatif (RH)

tertentu disebut isoterm sorpsi air (ISA) (Fitriani dkk., 2015).

Isoterm sorpsi air dapat ditunjukkan dalam bentuk kurva isoterm sorpsi (Carter

and Schmidt, 2012). Menurut Aini dkk. (2014) kurva isoterm sorpsi air menyatakan

hubungan antara kadar air bahan dengan kelembaban relatif atau aktivitas air pada suhu

tertentu. Terdapat beberapa model matematika atau persamaan ISA yang dapat

digunakan untuk memprediksikan fenomena isoterm sorpsi air antara lain model

Brunauer-Emmet-Teller (BET), Oswin, Hasley, Henderson, Caurie, Chen Clayton dan

Guggenheim-Anderson-deBoer (GAB) (Ajisegiri dkk., 2007). Model matematika yang

digunakan dalam penelitian ini adalah model BET (Brunauer Emmet Teller), model

GAB (Guggenheim Anderson deBoer), dan model Caurie. Selain itu pemodelan

matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik dari tepung

ubi jalar terfermentasi dengan angkak meliputi fraksi air terikat primer, luas permukaan

penyerapan air dan sifat-sifat termodinamikanya. Berdasarkan latar belakang di atas,

maka tujuan dari penelitian ini yaitu:

1. Menentukan kurva isoterm sorpsi air pada tepung ubi jalar terfermentasi dengan

angkak.

2. Menentukan model matematika yang tepat dalam menggambarkan kurva isoterm

sorpsi air pada tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak.

3. Menentukan karakteristik isoterm sorpsi air pada tepung ubi jalar terfermentasi

dengan angkak.

Page 7: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

3

METODOLOGI

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tepung ubi jalar terfermentasi

dengan angkak sebagai bahan utama. Bahan kimia yang digunakan adalah akuades dan

tujuh jenis garam seperti NaOH, MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl,dan KCl dengan

derajat pro-analysis untuk mengatur kelembaban relatif (relative humidity/RH).

Piranti yang digunakan dalam penelitian ini meliputi drying cabinet, cawan

porselin, glass container, inkubator, termohigrometer, sorption container untuk

menentukan isoterm sorpsi, moisture analyzer (Ohaus MB 25, Ohaus Corp, USA) untuk

mengukur kadar air, neraca analitik dengan ketelitian 0,01 g (Ohaus TAJ602, Ohaus

Corp, USA), dan neraca analitik dengan ketelitian 0,1 mg (Ohaus Pioneer Balance,

Ohaus Corp, USA) ayakan dengan ukuran 61 mesh.

Pembuatan Tepung Fermentasi (Susetyo dkk., 2016)

Ubi jalar dicuci dengan air untuk menghilangkan kotoran dan tanah. Ubi jalar

yang telah dicuci dikukus selama ±60 menit setelah itu dikupas kulitnya, dipotong kecil-

kecil dan ditambahkan angkak dengan dosis 5% (b/b). Kemudian dikemas ke dalam

plastik setelah itu difermentasi pada suhu ruang dengan lama fermentasi 48 jam. Setelah

proses fermentasi selesai, potongan ubi jalar tersebut dikeringkan dengan menggunakan

drying cabinet pada suhu 50°C hingga kering. Setelah kering, potongan-potongan

tersebut dihaluskan dan diayak dengan tingkat kehalusan 61 mesh.

Pengukuran Kadar Air (Kumalasari, 2012)

Sampel ditimbang sebanyak 1 g dengan menggunakan cawan moisture

analyzer. Moisture analyzer diatur pada suhu 105C kemudian penutup pada moisture

analyzer ditutup dan ditunggu selama beberapa menit hingga muncul hasil kadar airnya

dan hasil yang diperoleh dicatat (% b/b).

Preparasi Larutan Garam Jenuh (Hayati, 2004)

Preparasi larutan garam jenuh dilakukan menggunakan 7 macam garam.

Garam-garam tersebut ditimbang dengan berat tertentu dan dimasukkan kedalam beaker

glass yang telah terisi air hangat dengan suhu kurang lebih 50C, kemudian diaduk

Page 8: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

4

hingga homogen. Apabila garam dapat larut dengan sempurna, maka ditambahkan

garam kembali sedikit demi sedikit hingga garam tidak larut.Larutan garam jenuh

dibuat sebanyak 50 mL dan dimasukkan kedalam sebuah glass container yang cukup

besar untuk menampung larutan garam jenuh tersebut.

Pengukuran Kadar Air Kesetimbangan (Aini dkk., 2014)

Sampel ditimbang sebanyak 5 g dan dimasukkan kedalam glass container

yang sudah diatur RH-nya menggunakan larutan-larutan garam jenuh. Glass container

disimpan pada suhu 30C, 35C, 40C dan setiap hari sampel tersebut ditimbang hingga

konstan. Setelah konstan sampel-sampel tersebut diukur kadar air kesetimbangannya.

Uji Ketepatan Model (Isse et al., 1993)

Uji ketepatan suatu persamaan isoterm sorpsi digunakan Mean Relative

Deviation (MRD) dengan persamaan sebagai berikut:

MRD =

Keterangan: Jika:

Mi = kadar air hasil percobaan MRD < 5 maka model sangat tepat

Mpi = kadar air hasil perhitungan 5 < MRD < 10 maka model agak tepat

n = jumlah data MRD > 10 maka model tidak tepat

Penentuan Karakteristik Isoterm Sorpsi Air Pada Bahan Pangan

Karakteristik isoterm sorpsi air pada tepung singkong terfermentasi angkak

dianalisa meliputi fraksi air terikat primer menggunakan model GAB, BET dan Caurie,

fraksi air terikat sekunder dan fraksi air terikat tersier menggunakan persamaan

Clausius-Clapeyron (Soekarto and Steinberg, 1981 dalam Kaleemulah and Kailappan,

2007), luas permukaan penyerapan air, entalpi (Togrul and Arslan, 2007) dan entropi

(Aguerre et al., 1986) proses penyerapan air.

Persamaan GAB (Hutasoit, 2009):

Keterangan:

M = kadar air (%) Mm = kadar air monolayer (%)

K = konstanta C = konstanta energy

aw = aktivitas air

Page 9: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

5

Persamaan BET (Adawiyah dan Soekarto, 2010):

Keterangan:

M = kadar air (%) aw = aktivitas air

Mm = kadar air monolayer (%) C = konstanta

Persamaan Caurie (Caurie, 1981dalamCahyanti dkk., 2016):

ln

= -ln(C.Mm) +

Keterangan:

M = kadar air (%) Mm = kadar air monolayer (%)

C = konstanta Caurie aw = aktivitas air

Persamaan Clausius-Clapeyron:

Qst =

+ qc

Keterangan:

= kalor serap bersih (kJ mol

-1) aw = aktivitas air

R = konstanta gas (8,314 J mol-1

K-1

) T = suhu (K)

qc = kalor laten (43,53 kJ mol-1

) = entropi (Jmol-1

K-1

Kg-1

)

Qst

= entalpi (kJ mol-1

Kg-1

)

Analisa Data

Pengulangan dilakukan sebanyak 5 kali untuk sampel pada setiap jenis larutan

garam, kemudian data dianalisa menggunakan regresi linier dan regresi non-linier

(Motulsky and Christopoulos, 2004).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kurva Isoterm Sorpsi Air

Stabilitas produk dapat ditentukan oleh dua faktor utama, yaitu kelembaban

relatif kesetimbangan (RH) atau aktivitas air (aw) tempat penyimpanan dan kadar air

kesetimbangan bahan pangan (Me) (Widowati dkk., 2010). Hubungan antara kadar air

Page 10: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

6

kesetimbangan (Me) dengan akrivitas air (aw) disebut dengan kurva isoterm sorpsi air.

Data kelembapan relatif, aktivitas air dan kadar air kesetimbangan masing-masing

tepung pada suhu 30C, 35C, dan 40C ditunjukkan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Kelembaban Relatif (RH), Aktivitas Air (aw) dan Kadar Air Kesetimbangan

(Me) pada Suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C

Garam Suhu 30˚C Suhu 35˚C Suhu 40˚C

RH(%) aw Me(%bk) RH(%) aw Me(%bk) RH(%) aw Me(%bk)

NaOH

MgCl2

K2CO3

Mg(NO3)2

KI

NaCl

KCl

10

40

49

67

77

90

96

0,10

0,40

0,49

0,67

0,77

0,90

0,96

1,43±0,35

5,491±0,70

7,61±0,75

12,20±1,02

18,25±1,28

25,53±1,47

37,38±2,53

10

41

50

68

84

88

99

0,10

0,41

0,50

0,68

0,84

0,88

0,99

1,33±0,35

5,62±0,75

7,55±0,69

11,94±1,19

18,12±0,97

24,00±1,59

39,25±3,40

10

36

38

50

65

74

82

0,10

0,36

0,38

0,50

0,65

0,74

0,82

1,53±0,42

5,30±0,71

6,37±0,80

9,14±0,94

12,89±1,18

15,84±1,39

18,82±1,09

Kurva isoterm sorpsi air dibuat dengan menghubungkan kadar air

kesetimbangan dengan aktivitas air. Gambar 1 menunjukkan kurva isoterm sorpsi air

tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak.

Gambar 1. Kurva Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi Dengan

Angkak Suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C

Berdasarkan Gambar 1 kurva yang dihasilkan berbentuk sigmoid (menyerupai

bentuk S), sehingga kurva isoterm sorpsi air ini mendekati tipe II. Kurva isoterm sorpsi

air tipe II berbentuk huruf S dipengaruhi oleh hukum Raoult, dan interaksi antara

permukaan bahan dengan molekul air (Aini dkk., 2014). Dalam beberapa penelitian

sebelumnya pola kurva isoterm sorpsi dengan tipe II ini banyak dijumpai pada bahan

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Ka

da

r A

ir K

eset

imb

an

ga

n

(%b

k)

Aktivitas Air (aw)

Suhu 30°C

Suhu 35°C

Suhu 40°C

Page 11: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

7

pangan yang mengandung pati seperti tepung singkong (Suppakul et al., 2013), tepung

tepung jagung instan (Aini dkk., 2014), tepung sereal gandum (Zapata dkk, 2014).

Pemodelan Matematika

Data hubungan antara kadar air kesetimbangan dengan aktivitas air dari kurva

isoterm sorpsi dapat diubah kedalam persamaan matematis untuk memprediksikan

model persamaan ISA yang tepat. Model yang digunakan yaitu Guggenheim Anderson

deBoer (GAB) dengan persamaan garis

dan , Brunauer Emmett Teller

(BET) dengan persamaan garis

dan (Adawiyah dan Soekarto,

2010) kemudian Caurie (C) dengan persamaan garis

dan

(Cahyanti dkk., 2016) yang akan membentuk sebuah kurva pemodelan isoterm sorpsi

air.

Pada Gambar 2 menunjukkan kurva isoterm sorpsi air tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak model GAB (a), model BET (b), model Caurie (c) pada

suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C,

Page 12: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

8

(a)

(b)

(c)

Gambar 2. Kurva Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi Dengan

Angkak Suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C pada Model GAB (a), BET (b) dan Caurie (c)

Suhu 30˚C y = -0.076x2 + 0.027x + 0.069

R² = 0.970 Suhu 35˚C

y = -0.079x2 + 0.030x + 0.072

R² = 0.985 Suhu 40˚C

y = -0.039x2 + 0.002x + 0.066

R² = 0.914 0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

aw /

Me

Aktivitas Air (aw)

Suhu 30˚C

Suhu 35˚C

Suhu 40˚C

Poly. (Suhu

30˚C) Poly. (Suhu

35˚C) Poly. (Suhu

40˚C)

Suhu 30˚C

y = 0.522x - 0.080

R² = 0.570 Suhu 35˚C

y = 1.428x - 0.439

R² = 0.361 Suhu 40˚C

y = 0.205x + 0.030

R² = 0.839

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

aw /

(1

- a

w)

Me

Aktivitas Air (aw)

Suhu 30˚C

Suhu 35˚C

Suhu 40˚C

Linear (Suhu

30˚C) Linear (Suhu

35˚C) Linear (Suhu

40˚C)

Suhu 30˚C

y = 0.608x - 1.943

R² = 0.964 Suhu 35˚C

y = 0.513x - 1.888

R² = 0.908

Suhu 40˚C

y = 0.691x - 2.068

R² = 0.982 -4.50

-4.00

-3.50

-3.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

-5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00

ln 1

/ M

e

ln (1 - aw) / aw

Suhu 30˚C

Suhu 35˚C

Suhu 40˚C

Linear (Suhu

30˚C) Linear (Suhu

35˚C) Linear (Suhu

40˚C)

Page 13: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

9

Kadar air kesetimbangan hasil perhitungan (Mhit) dapat dihitung berdasarkan

masing-masing persamaan regresi linier dan non-linier pada masing-masing

pemodelan.Tabel 2 menujukkan nilai kadar air kesetimbangan hasil percobaan (Me) dan

kadar air kesetimbangan hasil perhitungan (Mhit).

Tabel 2. Nilai Me dan Mhit Model GAB, BET dan Caurie (C)

Garam

Suhu 30˚C Suhu 35˚C Suhu 40˚C

Me Mhit

Me Mhit

Me Mhit

GAB BET C GAB BET C GAB BET C

NaOH

MgCl2

K2CO3

Mg(NO3)2

KI

NaCl

KCl

1,43

5,49

7,61

13,20

18,25

25,53

37,38

1,41

5,98

7,57

12,57

17,21

27,85

39,04

-4,00

5,18

5,44

7,49

10,40

22,22

59,97

1,84

5,51

6,75

10,68

14,55

25,85

49,78

1,33

5,62

7,55

11,94

18,12

24,00

39,25

1,35

5,81

7,35

12,26

20,45

23,26

40,16

-0,38

4,69

3,65

3,86

5,99

8,70

84,72

2,14

5,50

6,55

9,28

13,99

18,01

63,48

1,53

5,30

6,37

9,14

12,89

15,84

18,82

1,52

5,84

6,29

8,78

12,73

15,96

19,59

2,20

5,42

5,73

7,58

11,31

15,54

22,48

1,73

5,31

5,71

7,95

12,06

16,18

22,14

Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung nilai MRD dari masing-masing

pemodelan matematika. Nilai MRD ini menunjukkan tingkat ketepatan dari model

matematika yang digunakan.Tabel 3 menunjukkan nilai MRD dari masing-masing

pemodelan matematika pada suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C.

Tabel 3. Nilai MRD dari Model Matematika GAB, BET, dan Caurie

Pemodelan Nilai MRD (%)

30˚C 35˚C 40˚C

Guggenheim-Anderson-deBoer(GAB)

Brunauer-Emmet-Teller (BET)

Caurie (C)

4,99

81,83

16,24

2,50

72,93

29,66

3,37

15,22

9,01

Suatu pemodelan dengan nilai MRD<5 maka model sangat tepat, 5<MRD<10

maka model agak tepat dan MRD>10 maka model tidak tepat (Sugiyono dkk., 2012).

Berdasarkan Tabel 3 model matematika yang tepat untuk memprediksi fenomena

isoterm sorpsi air tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak adalah model

Guggenheim Anderson deBoer (GAB) dengan nilai MRD < 5. Pemodelan GAB paling

tepat untuk memprediksikan isoterm sorpsi air yang memiliki rentang aktivitas air (aw)

yang besar 0,9 (Peleg, 1992). Hal ini juga diperkuat dengan hasil penelitian yang

dilakukan Ayala-Aponte (2011) tentang ISA tepung singkong menunjukkan model ISA

yang tepat yaitu model GAB dan Aguirre-Cruz et.al., (2010) pemodelan yang tepat

digunakan untuk menggambarkan isoterm sorpsi air pada tepung pisang yaitu

pemodelan GAB.

Page 14: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

10

Karakteristik Isoterm Sorpsi Air

Fraksi Air Terikat Primer(Mo)

Fraksi air terikat primer pada masing-masing suhu dihitung dengan model GAB,

BET dan Caurie. Tabel 4 menunjukkan nilai kadar air monolayer dari masing-masing

pemodelanpada suhu 30˚C, 35˚C, dan 40˚C.

Tabel 4. Nilai Fraksi Air Terikat PrimerMasing-Masing Pemodelan

Pemodelan Mo (%)

30˚C 35˚C 40˚C

Guggenheim-Anderson-deBoer (GAB)

Brunauer-Emmet-Teller (BET)

Caurie

6,79

5,15

1,38

6,50

4,48

1,33

9,85

6,29

1,36

Nilai Mo menggambarkan kadar air pada lapisan monolayer dalam suatu bahan

pangan. Kandungan air pada lapisan monolayer ini dapat digunakan untuk menentukan

stabilitas fisik dan kimia suatu bahan yang dikeringkan (Aini dkk., 2014). Berdasarkan

Tabel 4 dapat dilihat bahwa nilai kadar air monolayer masing-masing pemodelan

memiliki nilai yang berbeda, pada suhu 30˚C menuju ke suhu 35˚C nilai kadar air

monolayermengalami penurunan, sedangkan dari suhu 35˚C menuju ke suhu 40˚C nilai

kadar air monolayermengalami kenaikan. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Bajpai

and Tawari (2013) pada kappa carrageenan yang nilai kadar air monolayernya

mengalami peningkatan pada suhu 20˚C yang disebabkan karena terbentuknya ikatan

baru antara uap air dengan bahan pangan kemudian mengalami penurunan pada suhu

30˚C hal ini karena molekul uap air lebih aktif pada energi yang lebih tinggi sehingga

molekul uap air menjadi tidak stabil dan menyebabkan terlepasnya ikatan antara

molekul uap air tersebut dengan bahan pangan.

Fraksi Air Terikar Sekunder dan Tersier

Fraksi air terikat sekunder dan tersier dihitung menggunakan persamaan

Clausius-Clapeyron. Gambar 3 menunjukkan kurva fraksi air terikat sekunder dan

fraksi air terikat tersier.

Page 15: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

11

Gambar 3.Kurva Fraksi Air Terikat Sekunder dan Tersier

Fraksi air sekunder ditunjukkan dengan garis nomor 1 dengan nilai y = -4,009x

+ 277,3 sedangkan fraksi air tersier ditunjukkan dengan garis nomor 2 dengan nilai y = -

0,766x + 72,84 sehingga dari persamaan garis tersebut dapat dihitung nilai fraksi air

sekunder sebesar 63,05% dan fraksi air tersier sebesar 95,09%.

Luas Permukaan

Luas permukaan dihitung menggunakan pemodelan Caurie pada Suhu 30˚C,

35˚C, dan 40˚C yang ditunjukkan dengan Tabel 5.

Tabel 5.Luas Permukaan Penyerapan Air

Suhu Konstanta Caurie Luas Permukaan Penyerapan Air

(m2/g)

30˚C 0,67 56,05

35˚C 0,63 57,68

40˚C 0,73 50,82

Luas permukaan penyerapan air berhubungan dengan sisi penyerap air.

Berdasarkan Tabel 5 luas permukaan penyerapan air mengalami peningkatan pada suhu

35°C dan menurun pada suhu 40°C hal ini berbeda dengan pernyataan menurut Bajpai

and Tiwari (2013) yang menyatakan bahwa luas permukaan penyerapan air akan

menurun dengan bertambah besarnya nilai temperatur. Perbedaan tersebut disebabkan

oleh perbedaan sifat biologis masing-masing bahan dan perbedaan dari metode

penelitian yang digunakan (Iglesias et al.,1982).

y = -4.0094x + 277.39

R² = 0.9896

y = -0.7661x + 72.842

R² = 0.9651

-40

0

40

80

120

160

0 20 40 60 80 100

-∆H

(k

J/

kg

mo

l)

Me

Fraksi Air

Sekunder

Fraksi Air Tersier

Linear (Fraksi

Air Sekunder)

Linear (Fraksi

Air Tersier)

2

1

Page 16: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

12

Entalpi dan Entropi

Entalpi dan entropi dihitung dengan menggunakan persamaan Clausius-

Clapeyron. Gambar 4 menunjukkan kurva entalpi sedangkan Gambar 5 menunjukkan

kurva entropi proses penyerapan air pada tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak.

Gambar 4. Kurva Entalpi Proses Penyerapan Air Pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi

Dengan Angkak

Gambar 5. Kurva Entropi Proses Penyerapan Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi

Dengan Angkak

Nilai entalpi dan nilai entropi proses penyerapan air pada tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak mengalami penurunnan seiring dengan meningkatnya

kadar air. Dalam penelitian Zhang dkk., (2016) nilai entalpi dan nilai entropi pada

tepung ketan menurun dengan meningkatnya kadar air.

-15

5

25

45

65

85

105

125

0 20 40 60 80 100

En

talp

i (

kJ

/kg

mo

l)

Me

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 20 40 60 80 100

En

tro

pi

(J/k

g m

ol

K)

Me

Page 17: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

13

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian tentang karakteristik isoterm sorpsi air pada tepung

singkong terfermentasi angkak dapat disimpulkan bahwa:

1. Kurva isoterm sorpsi air pada tepung ubi jalar terfermentasi angkak mempunyai

bentuk sigmoid (mendekati tipe II).

2. Pemodelan yang tepat untuk menggambarkan fenomena isoterm sorpsi air pada

tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak yaitu model Guggenheim Anderson

deBoer (GAB) dengan nilai MRD pada suhu 30°C, 35°C, 40°C sebesar 4,41%,

2,50% dan 3,37%.

3. Karakteristik isoterm sorpsi air pada tepung singkong terfermentasi angkak

meliputi:

a. Nilai fraksi air terikat primer untuk model Guggenheim Anderson deBoer

(GAB) pada suhu 30°C, 35°C, 40°C sebesar 6,79%; 6,50% dan

9,85%,untuk model Brunauer-Emmet-Teller (BET) sebesar 5,15%; 4,88%

dan 6,29%; sedangkan untuk model Caurie sebesar 1,38%; 1,33%; 1,36%.

b. Fraksi air terikat sekunder terletak pada kadar air 63,05% dan fraksi air

terikat tersier terletak pada 95,09%.

c. Luas permukaan penyerapan air pada tepung singkong terfermentasi angkak

pada suhu 30˚C, 35˚C dan 40˚C berturut-turut sebesar 56,05 m2/g; 57,68

m2/g dan 50,82 m

2/g.

d. Nilai entalpi dan entropi dalam proses penyerapan air pada tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak mengalami penurunan seiring dengan

meningkatnya kadar air.

SARAN

Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan, untuk penelitian selanjutnya perlu

dilakukan pengukuran masa simpan tepung ubi jalar terfermentasi angkak.

Page 18: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

14

DAFTAR PUSTAKA

Adawiyah, D. R. dan ST Soekarto. 2010. Pemodelan Isotermis Sorpsi Air pada Model

Pangan. Jurnal Teknologi dan Industri Pangan. 21(1):33-39.

Aguerre, R.J., C Suarez and PE Viollaz. 1986. Enthalpy-Entropy Compensation in

Sorption Phenomena: Application to the Prediction of the Effectof Temperature

on Food Isotherms. Journal of Food Scince. 51(6):1547-1549.

Aguirre‐Cruz, A., A Alvarez‐Castillo,T Castrejón‐Rosales, R Carmona‐García and LA

Bello‐Pérez. 2010. Moisture adsorption behavior of banana flours (Musa

paradisiaca) unmodified and modified by acid‐treatment. Starch‐Stärke.

62(12):658-666.

Aini, N., V Prihananto dan G Wijonarko. 2014. Karakteristik Kurva Isotherm Sorpsi Air

Tepung Jagung Instan.Agritech. 34(1):50-55.

Ajisegiri, E.S.A., O Chukwu, and PA Sopade. 2007. Moisture-Sorption Study of

Locally-Parboiled Rice. AU Journal of Technology. 11(2):86-90.

Ayala-Aponte, A. 2011. Adsorption Isotherms and Isosteric Heat Estimation in Cassava

Flour.Biotecnologia en el Sector Agropecuario y Agroindustrial. 9(1): 88-96.

Bajpai, S. and P Tiwari. 2013. Studies on equilibrium moisture absorption of kappa

carrageenan.International Food Research Journal. 20(5):2183-2191.

Bajpai, S. and P Tiwari. 2013. Investigation of Moisture Sorption Behavior of an Indian

Sweetson-Papdi. The Journal of Microbiology, Biotechnology and Food

Sciences. 2(5):2277.

Cahyanti, M. N., J Hindarto dan LN Lestario. 2016. Pemodelan Isoterm Sorpsi Air

Biskuit Coklat menggunakan Persamaan Caurie. Jurnal Aplikasi Teknologi

Pangan. 5(2):51-58.

Carter, B.P. and, SJ Schmidt. 2012. Developments In Glass Transition Determination In

Foods Using Moisture Sorption Isotherms. Food chemistry. 132(4):1693-1698.

Fitriani, P.P.E., I Made AS Wijaya, dan I.B.WGunam. 2015. Pendugaan Masa

Kadaluarsa Ubi Kayu (Manihot esculenta Crantz) Instan pada Beberapa Bahan

Kemasan.Media Ilmiah Teknologi Pangan (Scientific Journal of Food

Technology). 2(1):058-068.

Page 19: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

15

Hayati, R., A Abdullah, MK Ayob dan ST Soekarto.2004. Isotermi Sorpsi Air dan

Analisis Umur Simpan Ikan Kayu Tongkol (Euthynnus affinis) dari Aceh.Jurnal

Teknologi dan Industri Pangan. 15(3):207-213.

Honestin, T., 2007. Karakterisasi sifat fisikokimia tepung ubi jalar (Ipomoea

batatas).Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Hutasoit, N. 2009. Penentuan Umur Simpan Fish Snack (Produk Ekstrusi)

menggunakan Metode Akselerasi dengan Pendekatan Kadar Air Kritis dan

Metode Konvensional.Sripsi.Institut Pertanian Bogor.Bogor.

Iglesias, H.A., J Chirife and CF Fontan. 1986. Temperature dependence of water

sorption isotherms of some foods. Journal of Food Science. 51(3):551-553.

Isse, M. G., H Schuchmann and H Schubert. 1993. Divided Sorption Isotherm Concept

an Alternative Way to Describe Sorption Isotherm Data. Journal of Food

Process Engineering. 16(2):147-157.

Kaleemullah, S. and R Kailappan. 2007. Monolayer Moisture, Free Energy Change and

Fractionation of Bound Water of Red Chillies. Journal of Stored Products

Research. 43:104-110.

Kumalasari, H. 2012. Validasi Metoda Pengukuran Kadar Air Bubuk Perisa

Menggunakan Moisture Analyzer Halogen HB43-S, Sebagai Alternatif Metoda

Oven dan Karl Fischer.Skripsi.Institut Pertanian Bogor.Bogor.

Motulsky, H. and A Christopoulos. 2004. Fitting Models to Biological Data Using

Linear and Nonlinear Regression: A Practical Guide to Curve Fitting. Oxford

University Press, Inc. New York.

Peleg, M., 1993. Assessment of A Semi‐Empirical Four Parameter General Model For

Sigmoid Moisture Sorption Isotherms. Journal of Food Process Engineering.

16(1):21-37.

Sugiyono, S., H Satyagraha, W Joelijani, dan E Syamsir. 2012. Pendugaan Umur

Simpan Produk Granula Ubi Kayu Menggunakan Model Isoterm Sorpsi Air

(Shelflife Prediction of Cassava Granule using Moisture Sorption Isotherm

Model). Jurnal Pangan. 21(3):233-244.

Suppakul, P., B Chalernsook, B Ratisuthawat, S Prapasitthi, and N Munchukangwan.

2013. Empirical Modeling of Moisture Sorption Characteristics And Mechanical

And Barrier Properties of Cassava Flour Film And Their Relation To

Page 20: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

16

Plasticizing–Antiplasticizing Effects. LWT-Food Science and Technology.

50(1):290-297.

Susetyo, Y. A., S Hartini dan MN Cahyanti. 2016. Optimasi Kandungan Gizi Tepung

Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.) Terfermentasi Ditinjau dari Dosis Penambahan

Inokulum Angkak serta Aplikasinya dalam Pembuatan Mie Basah.Jurnal

Aplikasi Teknologi Pangan. 5(2):44-51.

Togrul, H. and N Arslan. 2007. Moisture Sorption Isotherms and Thermodynamic

Properties of Walnut Kernels. Journal of Stored Producs Research. 43:252-264.

Widowati, S., H Herawati, R Syarief, NE Suyatma dan HA Prasetia. 2010. Pengaruh

Isoterm Sorpsi Air Terhadap Stabilitas Beras Ubi. Jurnal Teknologi dan Industri

Pangan. 21(2):123-128.

Zapata M, J, E., OA Quintero C, and, LD Porras B. 2014.Sorption Isotherms for Oat

Flakes (Avenasativa L).Agron. Colomb. 32(1):52-58.

Zhang, H., Y Bai, X Zhao, and R Duan. 2016. Water Desorption Isotherm and its

Thermodynamic Analysis of Glutinous Rice Flour. American Journal of Food

Technology.11:115-124.

Page 21: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Jurnal Kimia VALENSI: Jurnal Penelitian dan Pengembangan

Ilmu Kimia, 3(1), Mei 2017, 71-78

Available online at Website: http://journal.uinjkt.ac.id/index.php/valensi

Copyright © 2017, Published by Jurnal Kimia VALENSI: Jurnal Penelitian dan Pengembangan Ilmu Kimia,

P-ISSN: 2460-6065, E-ISSN: 2548-3013

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak

Yulinda Eka Ayu Rukmawati, Sri Hartini, Margareta Novian Cahyanti

Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga Salatiga 50711, Indonesia

Email: [email protected]

Received: Februari 2017; Revised: Maret 2017; Accepted: Mei 2017; Available Online: Mei 2017

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk menentukan kurva isoterm sorpsi air, pemodelan isoterm sorpsi air yang

tepat dan menentukan kadar air monolayer pada tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak.Pemodelan

isoterm sorpsi air yang digunakan meliputi GAB (Guggenheim Anderson deBoer), BET (Brunauer Emmet

Teller) dan Caurie.Sedangkan uji ketepatan model dilakukan dengan MRD (Mean Relative Deviation).Dari hasil

penelitian menunjukkan bahwa kurva isoterm sorpsi air tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak berbentuk

Sigmoid yang mendekati tipe II. Pemodelan matematika yang tepat untuk menggambarkan isoterm sorpsi air

tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak adalah model GAB (Guggenheim Anderson deBoer) dengan nilai

MRDpada suhu 30C, 35C, 40C secara berturut-turut sebesar 4.41%;2.50%; 3.37%. Nilai kadar air

monolayermodel GAB(Guggenheim Anderson deBoer)7.34%;6.57%;16.09%, model BET(Brunauer Emmet

Teller)pada suhu 30C, 35C, 40C sebesar 2.09%; 1.05%; 4.26%, dan model Caurie pada suhu 30C, 35C,

40C sebesar 1.41%; 1.36%; 1.42%.

Kata Kunci: Isoterm sorpsi, pemodelan matematika, tepung, ubi jalar,fermentasi, angkak

Abstract

The research was aimed to obtain moisture sorption curve , moisture sorption isotherm models and obtain

determine the water content monoleyer of fermented sweet potato flour with red yeast rice.The moisture sorption

isotherm model used are GAB (Guggenheim Anderson deBoer), BET (Brunauer Emmet Teller) and

Caurie.Meanwhile, the test of modelling accuray by MRD (Mean Relative Deviation). The results showed that

the water sorption isotherm curve of sweet potato flour fermented with red yeast rice Sigmoid shaped the

approach of type II. The precise mathematical models are models of GAB (Guggenheim Anderson deBoer) with

a value of MRD at a temperature of 30C, 35C, 40C respectively at 4.41%, to 2.50%, 3.37%. Moisture content

of the monolayer at temperature of 30C, 35C and 40C in GAB model was 7.34%, 6.57%, 16.09%, BET

model was 2.09%, 1.05%, 4.26%, and Caurie model was 1.41%, 1.36%, 1.42%.

Keywords: Sorption isotherm, mathematic model, flour, sweet potato, fermented, red yeast rice.

DOI:

1. PENDAHULUAN

Tepung ubi jalar angkak (teukak)

merupakan tepung yang dibuat melalui proses

fermentasi menggunakan angkak yang

merupakan produk hasil fermentasi dari

Monascus purpureus. Penggunaan angkak

dalam pembuatan teukak ini berfungsi sebagai

antimikroba yang dapat memperpanjang masa

simpan dan tepung ini bersifat higroskopis

(Susetyo et al., 2016). Sifat higroskopis ini

dapat mempengaruhi masa simpan dan kualitas

dari teukak tersebut. Stabilitas

produkditentukan oleh dua faktor utama, yaitu

kelembaban relatif kesetimbangan (RH) atau

aktivitas air (aw) tempat penyimpanan dan

kadar air kesetimbangan bahan pangan (Me)

(Lodero et al., 2016).

Hubungan antara aktivitas air/water

activity (aw) dengan kadar air produk pangan di

Page 22: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

72

suatu kondisi penyimpanan pada nilai

kelembaban relatif (RH) tertentu disebut

isoterm sorpsi air (ISA) (Fitriani et al.,2015).

Isoterm sorpsi air dapat ditunjukkan dalam

bentuk kurva isoterm sorpsi (Carter and

Schmidt, 2012). Menurut Sormoli and

Langrish (2015) kurva isoterm sorpsi air

berkaitan dengan sifat fisikokimia dan kimia

serta komponen penyusun bahan pangan

tersebut. Beberapa model persamaan ISA yang

dapat digunakan, antara lain model Brunauer-

Emmet-Teller (BET), Oswin, Hasley,

Henderson, Caurie, Peleg, Lewicki dan

Guggenheim-Anderson-deBoer (GAB) (Dalgıç

et al., 2012). Persamaan isoterm sorpsi air juga

dapat digunakan untuk menghitung nilai kadar

air monolayer dalam suatu bahan pangan.

Menurut Jamaluddin dkk (2014) kadar air

monolayer dalam suatu bahan pangan

mempengaruhi aktivitas mikrobiologis yang

dapat menyebabkan kerusakkan selama proses

penyimpanan.

Beberapa penelitian tentang isoterm

sorpsi air (ISA) pada tepung sudah banyak

dikembangkan, seperti penelitian Ayala-

Aponte (2015) tentang ISA tepung singkong

dengan model ISA yang paling tepat yaitu

model GAB. Chisté et al., (2012) melakukan

penelitian tentang ISA tepung tapioka dengan

model ISA yang paling tepat yaitu model GAB

dan hasil penelitian Suppakul et al., (2013)

tentang ISA tepung singkong menyatakan

model ISA yang paling tepat yaitu GAB.

Penelitian tentang ISA tepung ubi jalar yang

terfermentasi angkak tidak dijumpai dalam

penelitian-penelitian sebelumnya.

Berdasarkan latar belakang tersebut,

maka tujuan dari penelitian ini adalah

menentukan kurva isoterm sorpsi air,

pemodelan isoterm sorpsi air yang tepat (GAB,

BET, Caurie) dan menentukan kadar air

monolayer tepung ubi jalar terfermentasi

dengan angkak.

2. METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam

penelitian ini meliputi peralatan gelas, drying

cabinet, cawan porselin, glass container,

inkubator, termohigrometer, sorption

container, moisture analyzer (Ohaus MB 25,

Ohaus Corp, USA), neraca analitik dengan

ketelitian 0.01 g (Ohaus TAJ602, Ohaus Corp,

USA), dan neraca analitik dengan ketelitian

0.1 mg (Ohaus Pioneer Balance, Ohaus Corp,

USA).

Bahan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak sebagai bahan

utama. Bahan kimia yang digunakan adalah

akuades dan tujuh jenis garam seperti NaOH,

MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl, dan KCl

untuk mengatur kelembaban relatif (relative

humidity/RH).

Pembuatan Tepung Fermentasi (Susetyo et

al., 2016)

Ubi jalar dicuci dengan air untuk

menghilangkan kotoran dan tanah.Ubi jalar

yang telah dicuci dikukus selama ± 60 menit

setelah itu dikupas kulitnya, dipotong kecil-

kecil dan ditambahkan angkak dengan dosis

5% (w/w). Kemudian dikemas di dalam plastik

setelah itu difermentasi pada suhu ruang

dengan lamafermentasi 48 jam. Setelah proses

fermentasi selesai, potongan ubi jalar tersebut

dikeringkan dengan menggunakan drying

cabinet pada suhu 50°C hingga kering. Setelah

kering, potongan-potongan tersebut dihaluskan

dan diayak dengan tingkat kehalusan 61 mesh.

Pengukuran Kadar Air (Kumalasari,2012)

Sampel ditimbang sebanyak 1g dengan

menggunakan cawan moisture analyzer.

Moisture analyzer diatur pada suhu 105oC

kemudian penutup pada moisture analyzer

ditutup dan ditunggu selama beberapa menit

hingga muncul hasil kadar airnya dan hasil

yang diperoleh dicatat.

Preparasi Larutan Garam Jenuh (Hayati,

2004)

Preparasi larutan garam jenuh

dilakukan menggunakan 7 macam garam.

Garam-garam tersebut ditimbang dengan berat

tertentu dan dimasukkan ke dalam beaker

glass yang telah terisi air hangat dengan suhu

± 500C, kemudian diaduk hingga homogen.

Apabila garam dapat larut dengan sempurna,

maka ditambahkan garam kembali sedikit demi

sedikit hingga garam tidak larut. Larutan

garam jenuh dibuat sebanyak 50 ml dan

dimasukkan kedalam sebuah glass container

yang cukup besar untuk menampung larutan

garam jenuh tersebut.

Page 23: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

73

Pengukuran Kadar Air Kesetimbangan

(Aini et al., 2014)

Sampel ditimbang sebanyak 5g dan

dimasukkan kedalam glass container yang

sudah diatur RH-nya menggunakan larutan-

larutan garam jenuh. Kemudian glass

container disimpan pada suhu 30oC, 35

oC,

40oC dan setiap hari sampel tersebut ditimbang

sampai steady state. Setelah tercapai keadaan

steady state, sampel tersebut diukur kadar

airnnya menggunakan moisture analyzer.

Pemodelan Matematika

Pemodelan matematika yang

digunakan untuk menentukan kurva isoterm

sorpsi air pada tepung ubi jalar terfermentasi

dengan angkak yaitu GAB (Guggenheim

Anderson deBoer), BET (Brunauer Emmet

Teller) dan Caurie. Persamaan masing-masing

pemodelan adalah sebagai berikut :

Pemodelan GAB (Guggenheim Anderson

deBoer) (Aini et al., 2014) :

(1)

Keterangan:

M = kadar air (%)

Mo = kadar air monolayer (%)

aw = aktivitas air

C = konstanta energi

K = konstanta

Persamaan BET (Adawiyah dan Soekarto,

2010):

(2)

Keterangan:

M = kadar air (%)

aw = aktivitas air

Mo = kadar air monolayer (%)

C = konstanta

Persamaan Caurie (Cahyanti, 2016):

ln

= -ln(C.Mo) +

(3)

Keterangan:

M = kadar air (%)

Mo = kadar air monolayer (%)

C = konstanta Caurie

aw = aktivitas air

Uji Ketepatan Model (Sugiyono et al., 2012)

Ketepatan suatu persamaan isoterm

sorpsi dapat diuji dengan menggunakan Mean

Relative Determination (MRD) dengan

persamaan sebagai berikut:

MRD =

Keterangan :

Mi = kadar air hasil percobaan

Mhit = kadar air hasil perhitungan

n = jumlah data

Jika :

MRD < 5 maka model sangat tepat

5 < MRD < 10 maka model agak tepat

MRD > 10 maka model tidak tepat

Analisa Data (Motulsky and Christopoulos,

2004)

Pengulangan dilakukan sebanyak 4

kali untuk sampel pada setiap jenis larutan

garam kemudian data dianalisis menggunakan

regresi linier dan regresi non-linier.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini sampel tepung

dimasukkan kedalam glass containeryang

berisi dengan larutan garam jenuh. Ada tujuh

macam laruran garam jenuh yang digunakan

yaitu larutan garam jenuh NaOH, MgCl2,

K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl, dan KCl.

Pemilihan larutan garam jenuh yang digunakan

ini bertujuan untuk menentukan nilai

kelembaban relative (RH %) dari tepung ubi

jalar terfermentasi dengan angkak. Data

kelembaban relatif, aktivitas air dan kadar air

kesetimbangan masing-masing tepung dalam

glass container ditunjukkan dalam Tabel 1.

Kurva isoterm sorpsi air dibuat

dengan menghubungkan kadar air

kesetimbangan dengan aktifitas air. Gambar 1

menunjukkan kurva isoterm sorpsi air tepung

ubi jalar terfermentasi dengan angkak.

Berdasarkan gambar 1 terdapat lengkungan

yang terbentuk dalam kurva isoterm sorpsi air

yaitu suhu 30C terletak dalam aw 0.1 dan

aw0.48, suhu 35C terletak pada aw 0.1 dan aw

0.51 dan suhu 40C terletak pada aw 0.1 dan aw

0.38. Kurva yang dihasilkan berbentuk

sigmoid (menyerupai bentuk S) dan mendekati

tipe II. Kurva isoterm sorpsi air tipe II ini

biasanya terdapat pada bahan pangan kering

Page 24: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

74

(Fitriani et al., 2015). Pola kurva isoterm

sorpsi dengan tipe II ini juga dihasilkan pada

beberapa penelitian yang banyak mengandung

pati seperti tepung singkong (Suppakul et al.,

2013), tepung jagung instan (Aini et al., 2014),

tepung sereal gandum (Zapata et al., 2014).

Pada gambar 2 menunjukkan kurva

isoterm sorpsi air model GAB pada suhu 30C,

35C, 40C. Gambar 3 menunjukkan kurva

isoterm sorpsi air model BET pada suhu 30C,

35C, 40C. Berdasarkan gambar 3 nilai

aktifitas air (aw) dipengaruhi oleh suhu, bila

semakin tinggi suhu udara penyimpanan maka

semakin rendah aktivitas airnya. Selain itu

pada suhu 30C dan 35C menghasilkan nilai

R2 yang rendah (tidak linier). Gambar 4

menunjukkan kurva isoterm sorpsi air model

Caurie (C) pada suhu 30C, 35C, 40C.

Tabel 1. Kelembaban relatif (RH), aktivitas air (aw), dan kadar air kesetimbangan (Me)pada suhu

30C, 35C dan 40C

Suhu 30°C 35°C 40°C

Garam RH

(%) aw Me (%bk)

RH

(%) aw Me (%bk)

RH

(%) aw Me (%bk)

NaOH 10 0.10 1.22 ± 0.37 10 0.10 1.22 ± 0,43 10 0.10 1.35 ± 0.49

MgCl2 42 0.42 5.34 ± 0.88 42 0.42 5.57 ± 0,97 37 0.37 5.24 ± 0.92

K2CO3 48 0.48 7.34 ± 0.90 51 0.51 7.34 ± 0,85 38 0.38 6.11 ± 0.98

Mg(NO3)2 67 0.67 12.87 ± 2.50 68 0.68 11.78 ± 1,52 49 0.49 9.00 ± 1.20

KI 77 0.77 18.13 ± 1.64 83 0.83 18.24 ± 1,24 65 0.65 12.67 ± 1.50

NaCl 89 0.89 25.56 ± 1.89 88 0.88 24.05 ± 2,06 74 0.74 15.38 ± 1.69

KCl 97 0.97 37.73 ± 3.24 99 0.99 38.80 ± 4,36 85 0.85 18.54 ± 1.36

Gambar 1. Kurva isoterm sorpsi air tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak suhu 30C, 35C, 40C

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Kad

ar A

ir K

ese

tim

ban

gan

(%

bk)

Aktivitas Air

Suhu 30C

Suhu 35C

Suhu 40C

Page 25: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

75

Gambar 2. Kurva isoterm sorpsi air model GAB suhu 30C, 35C, 40C

Gambar 3. Kurva isoterm sorpsi air model BET suhu 30C, 35C, 40C

Suhu 30C y = 0.5735x - 0.0948

R² = 0.4997

Suhu 35C y = 1.3584x - 0.4052

R² = 0.3537

Suhu 40C y = 0.1981x + 0.0375

R² = 0.8045

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

a w /

(1

-aw

) M

e

Aktivitas Air (aw)

Suhu 30C

Suhu 35C

Suhu 40C

Linear (Suhu

30C)

Linear (Suhu

35C)

Linear (Suhu

40C)

Suhu 30C y = -0.0553x2 - 0.0085x + 0.0847

R² = 0.9778 Suhu 35C

y = -0.0713x2 + 0.0135x + 0.0813 R² = 0.9957 Suhu 40C

y = -0.008x2 - 0.037x + 0.0788 R² = 0.9299

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

a w /

Me

Aktivitas Air (aw )

Suhu 30C

Suhu 35C

Suhu 40C

Poly. (Suhu 30C)

Poly. (Suhu 35C)

Poly. (Suhu 40C)

Poly. (Suhu 40C)

Page 26: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

76

Gambar 4. Kurva isoterm sorpsi air model Caurie suhu 30C, 35C, 40C

Tabel 2. Nilai Me dan Mhit dengan pemodelan GAB, BET dan Caurie

Garam

Suhu 30°C Suhu 35°C Suhu 40°C

Me Mhit Me

Mhit Me Mhit

GAB BET C GAB BET C GAB BET C

NaOH 1.22 1.21 -3.03 1.68 1.22 1.23 0.41 1.96 1.22 1.35 1.96 1.58

MgCl2 5.34 5.83 4.93 5.33 5.34 5.68 4.38 5.29 5.34 5.80 5.29 5.19

K2CO3 7.34 7.17 5.11 6.32 7.34 7.27 3.63 6.34 7.34 6.05 5.46 5.4

Mg(NO3)2 12.87 12.23 6.92 10.12 12.87 11.84 4.08 9.3 12.87 8.52 7.21 7.51

KI 18.13 17.17 9.74 14.13 18.13 19.36 6.76 14.52 18.13 12.70 11.03 11.79

NaCl 25.56 26.72 19.45 24.28 25.56 23.02 8.94 17.57 25.56 15.81 15.2 15.98

KCl 37.73 39.05 64.66 54.66 37.73 40.14 84.4 63.33 37.73 19.16 22.21 22.29

Kadar air kesetimbangan hasil

perhitungan (Mhit) dapat dihitung berdasarkan

masing-masing persamaan regresi linier dan

non-linier pada masing-masing pemodelan.

Tabel 2 menunjukkan nilai kadar air

kesetimbangan hasil percobaan (Me) dan kadar

air kesetimbangan hasil perhitungan (Mhit)

dengan pemodelan GAB, BET dan Caurie (C).

Nilai MRD dapat ditentukan dengan

cara membandingkan kadar air kesetimbangan

hasil perhitungan (Mhit) dengan kadar air

kesetimbangan percobaan (Me), selain itu nilai

MRD dapat digunakan untuk menentukan

pemodelan yang tepat dalam menggambarkan

fenomena isoterm sorpsi air tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak. Tabel 3

menunjukkan nilai MRD untuk masing-masing

pemodelan pada suhu 30C, 35C, 40C.

Suhu 30C y = 0.6231x - 1.8875

R² = 0.9519 Suhu 35C

y = 0.5299x - 1.8377 R² = 0.9115

Suhu 40C y = 0.7197x - 2.0386

R² = 0.9761

-4.50

-4.00

-3.50

-3.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

-5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 ln

1 /

Me

ln (1-aw)/aw

Suhu 30C

Suhu 35C

Suhu 40C

Linear (Suhu 30C)

Linear (Suhu 35C)

Linear (Suhu 40C)

Page 27: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

77

Tabel 3. Nilai MRD masing-masing pemodelan pada suhu 30C, 35C, 40C

Pemodelan Nilai MRD (%)

Suhu 30°C Suhu 35°C Suhu 40°C

Guggenheim-Anderson-deBoer (GAB) 4.41 2.50 3.37

Brunauer-Emmet-Teller (BET) 81.92 73.48 15.74

Caurie 20.67 30.11 11.05

Tabel 4. Nilai kadar air monolayer masing-masing pemodelan pada suhu 30C, 35C, 40C

Pemodelan Kadar Air Monolayer (mo)

Suhu 30°C Suhu 35°C Suhu 40°C

Guggenheim-Anderson-deBoer (GAB) 7.34 6.57 16.09

Brunauer-Emmet-Teller (BET) 2.09 1.05 4.26

Caurie 1.41 1.36 1.42

Berdasarkan tabel 5 dapat dilihat

bahwa model GAB merupakan pemodelan

yang tepat dalam menggambarkan fenomena

isoterm sorpsi air pada tepung ubi jalar

terfermentasi dengan angkak dengan nilai

MRD < 5. Hal ini diperkuat dengan penelitian

yang dilakukan oleh Ayala-Aponte (2015)

menjelaskan bahwa pemodelan GAB dapat

menggambarkan kurva isoterm sorpsi air pada

tepung singkong, Chisté et al., (2012)

melakukan penelitian tentang ISA tepung

tapioka dengan model ISA yang paling tepat

yaitu model GAB dan hasil penelitian

Suppakul et al., (2013) tentang ISA tepung

singkong menyatakan model ISA yang paling

tepat yaitu GAB.

Kadar air monolayer dapat dihitung

dengan menggunakan pemodelan GAB, BET

dan Caurie.tabel 4 menunjukkan nilai kadar air

monolayer dari masing-masing pemodelan

pada suhu 30C, 35C dan 40C.

Nilai kadar air monolayer

menggambarkan kadar air pada lapisan

monolayer dalam suatu bahan pangan.

Kandungan air pada lapisan monolayer ini

dapat digunakan untuk menentukan stabilitas

fisik dan kimia suatu bahan yang dikeringkan

(Aini et al., 2014). Berdasarkan Tabel 4 dapat

dilihat bahwa nilai kadar air monolayer

masing-masing pemodelan memiliki nilai yang

berbeda, pada suhu 30˚C menuju ke suhu 35˚C

nilai kadar air monolayer mengalami

penurunan, sedangkan dari suhu 35C menuju

ke suhu 40C nilai kadar air monolayer

mengalami kenaikan. Hasil penelitian yang

dilakukan oleh Bajpai dan Pradeep (2013)

pada kappa carrageenan yang nilai kadar air

monolayernya mengalami peningkatan pada

suhu 20C yang disebabkan karena

terbentuknya ikatan baru antara uap air dengan

bahan pangan kemudian mengalami penurunan

pada suhu 30C. Hal ini karena molekul uap

air lebih aktif pada energi yang lebih tinggi

sehingga molekul uap air menjadi tidak stabil

dan menyebabkan terlepasnya ikatan antara

molekul uap air tersebut dari bahan pangan.

4. SIMPULAN

Kurva isoterm sorpsi air pada tepung

ubi jalar terfermentasi dengan angkak

berbentuk sigmoid yang mendekati tipe II.

Pemodelan yang tepat untuk memprediksikan

fenomena isoterm sorpsi air pada tepung ubi

jalar terfermentasi dengan angkak adalah GAB

dengan nilai MRD pada suhu 30C, 35C,

40C secara berturut-turut sebesar 4.41%;

2.50%; 3.37%. Nilai kadar air monolayer

tepung ubi jalar terfermentasi dengan angkak

pada suhu 30C, 35C, 40C dengan model

GAB sebesar 7.34%; 6.57%; 16.09%, model

BET sebesar 2.09%; 1.05%; 4.26%, dan model

Caurie sebesar 1.41%; 1.36%; 1.42%.

Page 28: KARAKTERISTIK ISOTERM SORPSI AIR PADA TEPUNG UBI JALAR ...repository.uksw.edu/bitstream/123456789/15136/2/T1_652013026_Full... · matematika tersebut juga dapat digunakan untuk mengetahui

Isoterm Sorpsi Air pada Tepung Ubi Jalar Terfermentasi dengan Angkak Rukmawati, et. al.

78

DAFTAR RUJUKAN

Adawiyah DR, Soekarto ST. 2010.Pemodelan

isotermis sorpsi air pada model

pangan.Jurnal Teknologi dan Industri

Pangan. 21(1): 33-39.

Aini N, Prihananto V, Wijonarko G.

2014.Karakteristik kurva isotherm sorpsi

air tepung jagung instan.Agritech.

34(1):50-55.

Ayala-Aponte AA. 2015. Thermodynamic

properties of moisture sorption in cassava

flour. DYNA. 83(197):138-144.

Bajpai SK, Pradeep T. 2013. Studies on equilibrium

moisture absorption of kappa

carrageenan. International Food Research

Journal. 20(5):2183-2191.

Cahyanti MN, Hindarto J, Lestario LN.

2016.Pemodelan isoterm sorpsi air biskuit

coklat menggunakan persamaan Caurie.

Jurnal Aplikasi Teknologi Pangan.

5(2):51-53.

Carter BP, Schmidt SJ. 2012. Developments in

glass transition determination in foods

using moisture sorption isotherms. Food

Chemistry. 132(4):1693-1698.

Chisté RC, Silva PA, Lopes AS, da Silva Pena R.

2012. Sorption isotherms of tapioca

flour.International Journal of Food

Science & Technology. 47(4):870-874.

Dalgıç AC, Pekmez H, Belibağlı KB. 2012. Effect

of drying methods on the moisture

sorption isotherms and thermodynamic

properties of mint leaves. Journal Of Food

Science And Technology. 49(4):439-449.

Fitriani PE, Wijaya IMAS, Gunam IBW. 2015.

Pendugaan masa kadaluarsa ubi kayu

(Manihot esculenta Crantz) instan pada

beberapa bahan kemasan.Media Ilmiah

Teknologi Pangan (ScientificJournal of

Food Technology). 2(1):058-068.

Hayati R, Abdullah A, Ayob MK, Soekarto ST.

2004.Isotermi sorpsi air dan analisis umur

simpan ikan kayu tongkol (Euthynnus

affinis) dari Aceh.Jurnal Teknologi dan

Industri Pangan. 15(3):207-213.

Kumalasari H. 2012. Validasi Metoda Pengukuran

Kadar Air Bubuk Perisa Menggunakan

Moisture Analyzer Halogen HB43-S,

sebagai Alternatif Metoda Oven dan Karl

Fischer. [Skripsi]. Bogor (ID):Institut

Pertanian Bogor.

Jamaluddin, Molenaar R, Tooy D. 2014. Kajian

isoterm sorpsi air dan fraksi air terikat kue

pia kacang hijau asal kota

Gorontalo.Jurnal Ilmu dan Teknologi

Pangan. 2(1):27-37.

Loredo RYA, Hernandez AIR, Sanchez EM,

Aldapa CAG, Velazquez G. 2016.Effect of

equilibrum moisture content on barrier,

mechanical and thermalproperties of

chitosan films.Journal of Food Chemistry

196:560-566.

Motulsky H, Christopoulos A. 2004. Fitting Models

to Biological Data Using Linear and

Nonlinear Regression: A Practical Guide

to Curve Fitting.Oxford University

Press.New York.

Sormoli ME, Langrish TA. 2015. Moisture sorption

isotherms and net isosteric heat of sorption

for spray-dried pure orange juice powder.

LWT-Food Science and Technology.

62(1):875-882.

Sugiyono S, Satyagraha H, Joelijani W, Syamsir E.

2012. Pendugaan umur simpan produk

granula ubi kayu menggunakan model

isoterm sorpsi air (shelflife prediction of

cassava granule using moisture sorption

isotherm model).Jurnal Pangan.

21(3):233-244.

Suppakul P, Chalernsook B, Ratisuthawat B,

Prapasitthi S, Munchukangwan N. 2013.

Empirical modeling of moisture sorption

characteristics and mechanical and barrier

properties of cassava flour film and their

relation to plasticizing–antiplasticizing

effects.LWT-Food Science and

Technology. 50(1):290-297.

Susetyo YA, Hartini S, Cahyanti MN.

2016.Optimasi kandungan gizi tepung ubi

jalar (Ipomoea batatas L.)terfermentasi

ditinjau dari dosis penambahan inokulum

angkak serta aplikasinya dalam pembuatan

mie basah.Jurnal Aplikasi Teknologi

Pangan. 5(2):44-51.

Zapata MJE, Quintero COA,Porras BLD. 2014.

Sorptionisotherms for oat flakes

(Avenasativa L). Agron Colomb. 32(1):52-

58.