PERENCANAAN DAN PENDUGAAN UMUR SIMPAN PRODUK PANGAN:

APLIKASI PRINSIP ISOTERMIS SORPSI AIR

Dr. Dede R. Adawiyah

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan SEAFAST Center Ins:tut Pertanian Bogor

OUTLINE

PERAN AIR DALAM BAHAN PANGAN

AKTIVITAS AIR DAN SORPSI AIR

JENIS KERUSAKAN AKIBAT ADANYA AIR DALAM PANGAN

TAHAP PENENTUAN UMUR SIMPAN BERDASARKAN PENDEKATAN ISA

AIR DALAM BAHAN PANGAN

Sifat fisik produk tekstur Pelarut yang sangat baik Stabilitas/penurunan mutu/kebusukan - meningkatkan pertumbuhan mikroba

- berfungsi sebagai reaktan dalam reaksi kimia

- pelarut dari reaktan, produk, katalis

meningkatkan aktivitas enzim

meningkatkan laju difusi

AKTIVITAS AIR (aw)

Definisi termodinamika Potensial kimia arah pergerakan

senyawa

100%ERHaw =

o

OHw p

pa 2=

100%RHaw =

Lingkungan eksternal (suhu, RH, cahaya, dll)

Baha

n pe

ngem

as

Permeasi, pertukaran gas/uap

Bahan pangan

POLA SORPSI AIR BAHAN PANGAN (isotermis sorpsi air KA vs aw / RH)

Bentuk yang paling umum

MODEL-MODEL ISA GAB (Guggenheim-Anderson-Boer)

( )( )[ ]wwww

m CkakakaCka

MM

+=

11

M))(ba(kwa expexp +=)mM/M(-a/(RTwa exp=

Chen:

Halsey:

n))w-a/(w(aaM 1=Oswin: )nMtC(wa = exp1Henderson:

32 wadwacwabaM +++=

Polinomial pangkat ?ga

JENIS KERUSAKAN AKIBAT PENINGKATAN KADAR AIR

Jenis kerusakan Reaksi kimia Perubahan sifat bahan Pengempalan (caking)

Penyerapan uap air dari lingkungan Tg laktosa amorf turun jembatan antar par?kel s?cky Coa?ng permukaan powder dengan lemak juga dapat menyebabkan caking

Penurunan owability dari powder Penggumpalan Collapse Kerenyahan

Reaksi Mailard Grup aldehid dari laktosa bereaksi dengan grup asam amino dari protein susu

Perubahan warna (browning/pencoklatan), kehilangan nilai nutrisi protein dan penyimpangan avor

PENENTUAN UMUR SIMPAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN KADAR AIR KRITIS

))((*

)/()(

bP

WA

xk

MMMMLnto

s

ceoe =PERSAMAAN 1

t = Waktu untuk mencapai kadar air kri?s atau umur simpan (hari) Me = Kadar air kese?mbangan pada suhu dan RH penyimpanan

(gH2O/g solid) Mo = Kadar air awal produk di awal penyimpanan (gH2O/g solid) Mc = Kadar air kri?s pada suhu tertentu (gH2O/g solid) k/x = WVTR/Po = Permeabilitas kemasan (g/m2/hari/mmHg). WVTR

adalah water vapor transmission rate (g/m2/hari) pada suhu dan RH tertentu.

A = Luas kemasan yang dihitung berdasarkan dimensi kemasan yang digunakan (m2)

Ws = Berat solid produk awal (g) Po = Tekanan uap air murni (mmHg) b = Slope kurva sorpsi isotermis

(Bentuk kurva ISA: sigmoid)

Tahapan Disain Percobaan (Metode 1)

Iden?kasi Karakteris?k Produk Pangan Penentuan Metode Analisis Kadar Air Penetapan Kadar Air Awal (Mo) dan Berat Solid Produk Awal (Ws)

Penetapan Kadar Air Kri?s (Mc) Percobaan Penentuan Kurva Sorpsi Isotermis Penetapan Kadar Air Kese?mbangan (Me) Penentuan Permeabilitas Kemasan dan Luas Kemasan

Perhitungan Umur Simpan Verikasi dan Monitoring

Penetapan Kadar Air Awal (Mo) dan

Berat Solid Produk Awal (Ws)

Kadar air awal dari produk harus ditentu-kan dari produk yang baru diproses (freshly processed products).

Pengukuran kadar air awal dilakukan mini-mal 10 kali dan dihitung nilai rata-ratanya.

Tentukan berat solid (Ws), yaitu berat solid produk awal untuk se?ap kemasan setelah dikoreksi dengan kadar air awal.

Contoh Kasus: Biskuit

Ingat!! satuan g H2O/g solid Kadar air awal metode oven 0,0183 g H2O / g solid

Kadar solid = 0,9820 g solid/g total Berat biskuit per kemasan= 220 gram Berat solid biskuit per kemasan= 216,0410 g solid

Penetapan Kadar Air Kritis (Mc)

Kadar air kri?s ditentukan dengan cara menyimpan produk pada ruangan/chamber pada RH ?nggi.

Gunakan kriteria penentuan kerusakan berdasarkan tahap 1.

Penentuan terjadinya perubahan dilakukan secara sensori (panel terla?h/?dak terla?h).

Contoh Kasus

y = -0.8438x + 8.4057R2 = 0.9604

y = -0.7112x + 7.8894R2 = 0.9757

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

kadar air (% bk)

skor

kes

ukaa

n

Biskuit ABiskuit BLinear (Biskuit A)Linear (Biskuit B)

y = -52,395x + 10,268R2 = 0,9499

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000

kadar air (g H2O/g padatan)

Skor

ratin

g ke

keny

alan

Percobaan Penentuan Kurva Sorpsi Isotermis Air dan Slope Kurva (b)

Buat larutan garam jenuh yang memberikan nilai RH 10-96%, lalu masukkan ke dalam chamber.

Percobaan Penentuan Kurva Sorpsi Isotermis Air dan Slope Kurva (b)

Grak kenaikan kadar air menuju ke kadar air kese?mbangan selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH

Contoh Data Hasil Percobaan Penentuan Kurva Sorpsi Isotermis Air

Aw/ERH Me (kadar air

kesetimbangan) (g H2O/g solid)

0,3240 0,0490 0,5600 0,0774 0,7510 0,1239 0,8360 0,2089

Contoh Penentuan Slope Kurva Sorpsi

Isotermis Air (b) pada Biskuit

Penetapan Kadar Air Kesetimbangan (Me)

Dilihat dari kurva sorpsi isotermis, Pada RH yang berbeda akan diperoleh kadar

air kese?mbangan yang berbeda. RH yang dipilih berdasarkan pada kondisi RH

penyimpanan, dimana umur simpan akan ditentukan.

Aw/ERH Me (kadar air kesetimbangan) (g H2O/g solid)

0,3240 0,0490 0,5600 0,0774 0,7510 0,1239 0,8360 0,2089

Penentuan Permeabilitas

Kemasan dan Luas Kemasan Permeabilitas uap air dari kemasan (g/m2/jam/mmHg) perlu diketahui. Semakin besar permeabilitas kemasan, semakin mudah migrasi uap air ke dalam kemasan. Bila diketahui Water vapor Transmission Rate (WVTR, g/m2/jam) yang nilainya ditentukan pada tekanan air murni (Po) tertentu.

Apabila yang diketahui adalah nilai WVTR, permea-bilitas uap air kemasan dihitung dengan membagi nilai WVTR dengan tekanan air murni (Po) dimana WVTR ditetapkan.

Luas kemasan primer yang digunakan perlu diketahui. Luas kemasan yang dihitung adalah luasan dari kedua sisinya. Nyatakan luas kemasan dalam satuan m2.

Penentuan Permeabilitas Kemasan

Rumus Permeabilitas kemasan (k/x)

k/x = WVTR/Po

k/x = permeabilitas kemasan (g/m2/h/mmHg) WVTR = laju transmisi uap air (g/m2/h) nilai dari referensi/spesikasi kemasan atau dengan percobaan. Po = tekanan uap air murni pada saat pengukuran (mmHg)

Percobaan Penentuan Permeabilitas Kemasan dan Luas Kemasan

Permatran-W 3/31 ASTM,F1249-01 Kondisi pengukuran permeansi yang digunakan adalah suhu 37,8oC, kelembaban 100%

Dari suplier kemasan !!

Contoh Penentuan k/x

Hasil pengukuran WVTR - Meealized plas?c = 0,6683 g/m2.hari Kondisi suhu pengujian 37,8 maka Po = 49,1570 mmg Hg

Maka nilai k/x adalah: 0,6683/49,1570 = 0,0739 g/m2.hari/mm Hg

Jenis Kemasan Ln (Me-Mi)/Me-M) (k/x)*(A/Ws)*(Po/Slope) Kemasan A 0.467637774 0.001764705 Kemasan B 0.467637774 0.003935756 Kemasan C 0.467637774 0.005482195

Umur Simpan Produk (Bulan) 8.83 3.96 2.84

Jenis Kemasan Kemasan A Kemasan B Kemasan C

Contoh Umur Simpan Produk VS Kemasan

PERSAMAAN 2

PAxk

WMMt soc

=

*)(*

)(

Bentuk kurva ISA patah kristal

P = Selisih antara tekanan udara di luar dimana produk disimpan (lingkungan) atau Pout dan tekanan udara di dalam kemasan atau Pin (mmHg)

Mc-Mo = Selisih antara kadar air kri?s dengan kadar air awal (%)

No Kode Sampel Nilai aw Suhu 1 a1 0,364 28,63 2 a2 0,359 28,63 3 a3 0,365 28,62 4 a4 0,385 28,58 5 a5 0,38 28,58

Rata2 0,371 RH ruangan 75% 80% 85% Po pada suhu 30oC 31,8240 31,8240 31,8240 P in: Po*aw 11,7940 11,7940 11,7940 P out: Po*RH 23,868 25,4592 27,0504 P 12,0740256 13,6652256 15,2564256

Perbedaan Tekanan Luar dan Dalam Kemasan Hard Candy

Qua

lity level

Pack opening

Acceptability limit

Storage ?me

Q0

Qt

tp ts