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