kinetika-reaksi-kfp-20141.pdf

1KINETIKA REAKSIKimia Fisik Pangan

Ahmad Zaki MubarokMateri: ahmadzaki.lecture.ub.ac.id

Bahan pangan merupakan sistem yang sangat

reaktif.

Reaksi kimia dapat terjadi secara terus-

menerus antar komponen dalam bahan

pangan dan atau antara bahan pangan

dengan lingkungannya.

Sejumlah tipe reaksi kimia dan biokimia juga

terjadi selama proses pengolahan pangan.

2Contoh aplikasi penting kinetika reaksi dalam

pengolahan pangan antara lain:

1.Perhitungan proses termal untuk membunuh

mikroba

2.Optimasi proses termal berkaitan dengan

kualitas produk

3.Optimasi proses berkaitan dengan biaya

produksi

4.Prediksi umur simpan produk pangan

berkaitan dengan kondisi penyimpanan

Orde Reaksi

Bila reaksi kimia antara molekul A dan B menghasilkan molekul E dan F:

+

+

Laju dari suatu reaksi didefinisikan sebagai laju dimana jumlah molekul dari komponen yang bereaksi meningkat atau menurun terhadap waktu.

Dalam suatu proses dengan volume konstan, nilai jumlah molekul dapat digantikan dengan konsentrasi.

3 Berdasarkan hukum kekekalan massa, laju dari suatu reaksi dalam waktu tertentu proporsional terhadap konsentrasi dari komponen yang bereaksi. Konstanta proporsionalitas tersebut dinamakan konstanta laju reaksi, diberi simbol k.

Dengan demikian, laju reaksi hilangnya komponen A adalah:

=

dimana C adalah konsentrasi dari masing-masing komponen yang bereaksi.

Konsentrasi salah satu reaktan umumnya lebih besar daripada reaktan lainnya, sehingga tidak memberikan efek penting terhadap reaksi yang terjadi. Dengan demikian, laju reaksi dapat dituliskan:

=

Eksponen n dalam persamaan diatas disebut dengan orde reaksi.

4Reaksi orde nol: hubungan linier antara konsentrasi reaktan atau produk dengan waktu reaksi.

Reaksi orde satu: perubahan secara logaritmis antara konsentrasi reaktan terhadap waktu reaksi

Reaksi orde dua: hubungan hiperbolik antara konsentrasi reaktan atau produk dengan waktu reaksi

Orde Reaksi

r = -dA

dt= k A = Ao - kt

Zero order reactions:

5r = -dA

dt= kA ln

A

Ao= - kt

First order reactions:

r = -dA

dt= kA2 1

A

1

Ao- = kt

Second order reactions:

6Kinetika Penurunan Mutu

-dQ/dt = kQn

Q = kualitas (mutu)t = waktuk = konstanta laju penurunan mutun = ordo reaksi penurunan mutu

100

80

60

40

20

0

0 2 4 6 8 10

Waktu penyimpanan (bulan)

Ku

alita

s (m

utu

) re

latif

-dQ/dt = k atau Qt = Q0 - kt

Penurunan Mutu Ordo Nol (n=0)

7100

80

60

40

20

0

0 2 4 6 8 10


Ku

alita

s(m

utu

) re

latif

-dQ/dt = kQ atau ln (Qt/Q0) = - kt

Penurunan Mutu Ordo Satu (n=1)

Orde Nol: Mutu (overall quality) pangan beku Pencoklatan Non-enzimatis

Orde Satu: Kehilangan/kerusakan vitamin Inaktivasi/pertumbuhan mikroba Kerusakan warna oksidatif Kerusakan tekstur karena panas

Beberapa Contoh Penurunan Mutu Produk

Pangan Selama Penyimpanan

8Pengaruh Suhu terhadap Kinetika Reaksi

Arrhenius Equation: Relates reaction rate constant to absolute temperature.

The Q10 value: the number of times a reaction rate changes with a 10oC change in temperature.

Z value: the temperature change needed to change the reaction rate by a factor of 10.

Arrhenius Equation

k = ko [exp]-Ea

RT

Ea = activation energy

ko = the rate constant as T approaches infinity

R = Ideal gas constant

T = absolute temperature (Kelvin)

Laju reaksi kimia akan meningkat ketika suhu reaksi meningkat.

9Perubahan nilai k terhadap perubahan suhu (T)

yang dinyatakan sebagai hubungan Arrhenius

Arrhenius Model

k

(1/T)

TR

aE

eokk

-=

Ln k

(1/T)

100

80

60

40

20

0

0 2 4 6 8 10


Ku

alita

s(m

utu

) re

latif

T1

T2T3

T1 < T2 < T3

Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius

10

IlustrasiPenggunaanModel Arrhenius


11


Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius

12


KINETIKA KEMATIAN MIKROBA

Pemusnahan m.o oleh panas ..........> pada T konstan..........> penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I

kNdt

dN=

dimana,

N= jumlah mikroba hidup

k = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.)

ktN

Nln

0

=

kdtN

dN=

dtkN

dNN

N

t

00=

Ln N = ln No - kt

t

Ln NKemiringan

= - k

Microbial death, like microbial growth,

is described by a logarithmic equation.

13

KINETIKA

t2.303

k-NlogNlog

0=ktN

Nln

0

=

Ingat !

Ln X = 2.303 log X

ktN

N2.303 log

0

=

Oleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsb

dinyatakan sebagai :

D

t-N0logNlog =

D = Decimal Reduction Time= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo dengan faktor 1 desimal= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 1 siklus log= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 90% populasi

atau D

t

0N

Nlog

=

D-value

D-value

10,000

1,000

100

10

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1

T1

KINETIKA

14

Contoh 1

Anggap suatu makanan dalam kaleng.

Jika jumlah mo awal sebesar 106 mikroba pembusuk A/kaleng.

Nilai D pada suhu 121,1oC = 15 detik.

Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 1 menit pada 121,1 oC

Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 2 menit pada 121,1 oC

D

t-N0logNlog ====

Jawab :

Ingat ...........>

10010N2

========

246Nlog ========

ikdet15

detik60-10logNlog 6====

Untuk t = 1 menit :

0,0110N-2

========

- 286Nlog ========

ikdet15

detik120-10logNlog

6

====

Untuk t = 2 menit :

Peluang kebusukan!!

T1

Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1

Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2 >T1???

T2>T1

D1

D1

Semakin tinggi T .......> semakin kecil nilai DD=f(T)

KINETIKA

15

KINETIKA ............>D = f(T)

Nilai Z adalah perubahan suhu (T) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log

Nilai Z = 18oF = ? oC

Secara empiris:

====Z

T-121,1

0 10DD

Z

T-1,121

D

Dlog

0

====

Suhu (oC)

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

0 50 100 150 200

Nila

i D

(me

nit)

B A

KINETIKA ............> 2 parameter kinetika

D dan Z .................> perlu selalu diketahui dua-duanya!

Misal

Mikroba A mempunyai DA,250F = 0.5 menit

Mikroba B mempunyai DB,250F = 1 menit

ZA = 10oC; ZB = 20

oC

Apa artinya?

Suhu (C) DA (menit) DB (Menit)

80.1 5000 100

90.1 500

121.1 0.5 1

131.1 0.05

141.1 0.005 0.1

151.1 0.0005

161.1 0.00005 0.01

111.1 5

101.1 50 10

DA=DB DADB

16

Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan

B. Spora A sebanyak 3 x 105 dan spora B sebanyak 8 x 106. Pada suhu

121.1oC, nilai D untuk spora A dan spora B adalah 1.5 dan 0.8 menit.

Jika suspensi tsb dipanaskan pada suhu konstan 121.1oC, berapa lama

untuk memperoleh peluang kebusukan sebesar 10-3.

KINETIKA ............> Latihan soal

Jawab :

Peluang kebusukan 10-3; artinya N = 10-3.

Untuk spora A :

D

t-N0logNlog ====

=

N

NologDt

menit12.72(8.477)1.5t ==

10

10x3log1.5t

3-

5

=

Untuk spora B :

menit7.92(9.903)0.8t ==

10

10x8log0.8t

3-

6

=

Jadi, untuk

mendapatkan peluang

kebusukan sebesar 10-3,

maka pemanasan

121.1oC harus dilakukan

selama 12.72 menit.

Terima KasihTerima KasihTerima KasihTerima Kasih

kinetika-reaksi-kfp-20141.pdf

Documents