Analisa Zat GiziPertemuan II

AIR DALAM BAHAN MAKANANOleh

Indah Kusumaningrum, STP, MSi

30% Daratan 70% Lautan

SIFAT KIMIA AIR

Air

11

IkatanKovalen

Kesetabilan yang tinggi

StrukturMolekul Air

Tiga Dimensi :Ikatan hidrogen antara molekul air membentuk tetrahedron

Analisa Zat GiziPertemuan II

Sangat penting bagi kehidupan makhluk hidup, merupakan komponen penting dalam makanan, mempengaruhi:

- penampakan- tekstur- cita rasa

Gambar1.: Pembentukan molekul air1. dua atom Hidrogen dan sebuah atom oksigen2. molekul air, setiap electron hydrogen saling memanfaatkan (sharing)

sepasang electron denganoksigen3. terjadi dua kutub positif dan negative (dipol)

(Dafis and Day, 1961)

Gambar 21. Duamolekul air

membentuk I k. sekitar 150° (Wyssling and Muhlethaler, 1965)

2. Orientasi muatan air pada bentuk tetrahedron (Fennema and Pwrie, 1964)

Gambar 3: Ikatan- ikatan molekul air membentuk heksagon dalam es (Wyssling and Muhlethaler, 1965)

Reaksi Air DenganBahan Non- Polar

12

Analisa Zat GiziPertemuan II

1. Air menjadiUapa. Air mendidih (100°C) pada permukaan laut, tekanan barometer

760 mmHgb. Dalam keadaan uap, molekul-molekul air menjadi bebas satu sama

lain2. Larutan dalam air

Air berfungsi:a. Bahan dapat mendispersikan berbagai senyawa yang ada dalam

bahan panganb. Pelarut: melarutkan berbagai bahan seperti :garam, vitamin larut

air, mineral dan senyawa cita rasa seperti yang terkandung dalam teh dan kopi.

Larutan Air Dapat Digolongkan1. Ionik2. Molekuler

MekanismePembentukan Larutan Garam

Gambar 5:MOlekul air melemahkan ikatan ionic garam NaCl sehingga terlarut sebagai ion-ion terhidrasi (Metcalfe et al, 1962)

Kandungan Air dalam bahan makanan menentukan:1. Acceptability2. Kesegaran3. Daya tahan bahan tersebut

Tubuh manusia 65% air (47 lt.)Kebutuhan air perhari 2,5 lt.:

- 1,5 lt air minum- 1 ltbahan makanan yang dikomsumsi

SIFAT FISIK AIR

3 Jenis air yang terikat secara fisik dalam bahan pangan:1. Air Kapiler

Air ini terikat dalam rongga – rongga jaringan kapiler yang halus dari bahan pangan.

2. Air Terlarut

13

Analisa Zat GiziPertemuan II

Air ini terdapat dalam bahan padat, dan seakan-akan larut dalam bahan tersebut.Contoh: Gula dan garam

3. Air AdsorbsiAir yang terikat pada permukaan, jumlahnya dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu lingkungan.

TUGAS:CARI GAMBAR JENIS – JENIS AIR DALAM BAHAN PANGAN

Struktur Es

SIFAT KIMIA AIR

Air (H2O)1. Atom oksigen2. Atom Hidrogen

Ikatan yang sangat kuat hanya dapat dipecah oleh energy listrik atau zat kimia misalnya logam kalium

Ikatan Kovalen dan Ikatan Antar Molekul Air2 atom Hidrogen Vs. 1 atom oksigen (ikatan Kovalen) air sebagai pelarut

- Ikatan kovalen (dasarsifat air)- Energy : 110,2 kkal per mol

AIR YANG TERIKAT SECARA KIMIA1. air Kristal

air yang terikat sebagai molekul – molekul dalam bentuk H2O di jumpai dalam eksikator pengeringan.

2. Air KonstitusiAir yang merupakan bagian dari molekul senyawa padatan tt, dan bukan dalam bentuk H2O

Contoh:Pembentukan caramel pemanasan gulaDenaturasi Protein pemanasan protein

Air dalam bahan makanan (Air terikat)Terbagi menjadi 4 tipe

1. Molekul air yang terikat pada molekul – molekul lain melalui suatu ikatan hydrogen berenergi tinggi, seperti KH, Protein atau garam.

14

Ikatan Hidrogen

IkatanKovalen

Analisa Zat GiziPertemuan II

2. Yaitu molekul-molekul air membentuk ikatan hydrogen dengan molekul air lain

a. Penghilangan air aw (Water Activity) menurunb. Kerusakan bahan pangan (reaksibroening, hidrolisis atauoksidasi

lemak dikurangi)c. Ka 3 – 7% (kestabilan optimum bahan makanan akan tercapai)

3. Air secara fisikterikat dalam jaringan matriks bahan seperti membrane, kapiler, serat dan lain-lain, ini dinamakan sebagai air bebas.

4. Air yang terikat dalam jaringan suatu bahan, dengan sifat – sifat air biasa da keakifan penuh. Ini dinamakan sebagai air murni

Kadar air BP, mempengaruhi daya tahan bahan pangan terhadap serangan mikroba yang dinyatakan dengan Aw, yi :jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhannya.

Berbagai mikroorganisme mempunyai Aw minimal agar dapat tumbuh dengan baik misalnya bakteri (0,90), Khamir (0,8 – 0,9), kapang (0,6 – 0,7)

Hubungan antara Aw dengan kandungan air per-gram suatu bahan makanan terlihat pada gambar 6 (Grafik isotherm sopsi air)

TUGAS:CARI KURVA HUBUNGAN WATER ACTIVITY DENGAN KERUSAKAN PANGAN!

Gambar 6: Hubungan Aw dengan keawetan Bahan Pangan

15

Gambar I Gambar II Gambar III

Analisa Zat GiziPertemuan II

AKTIFITAS AIR (AW) DAN PERTUMBUHAN MIKROORGANISME DALAM BAHAN PANGAN

Kisaran aW

Mikroba yang mungkin tumbuh

Jenis Bahan Pangan

1,00-0,95 Pseudomonas, Escherichia, protetus,

Shigella, Klebsiella, Bacilus, C. Perfrigens dan

beberapa khamir

Bahan segar dengan kadar air tinggi seperti danging dan

olahannya, ikan, susu

0,95-0,91 Salmonella, Vibrio, C. Butulinum, laktobacilus,

dan beberapa kapang dan khamir

Beberapa jenis keju (chedar, swiss), ham, beberapa

konsentrat buah

0,91-0,87 Kebanyakan jenis khamir, microccocus

Olahan daging yang di fermentasi (salami), keju

kering dan margarin

0,87-0,80 Kebanyakan jenis kapang (mikotoksigenik dan

penicilium), S. Aureus, kebanyakan

saccaromyces

Kebanyakan konsentrat buah, SKM, sirup coklat, sirup buah,

tepung, beras, cake buah

0,80-0,75 Kebanyakan bakteri halofilik dan aspergilus

Selai, marmalade, marshmallow

0,65-0,60 Khamis osmofilik, beberapa kapang

Buah kering dengan kadar air 15-20%, rempah-rempah

dengan kadar air 10%

0,50 Tidak ada pertumbuhan mikroba

Pasta dengan ka 12%, karamel, madu

0,40 Tidak ada pertumbuhan mikroba

Telur bubuk dengan kadar air sekitar 5 %

0,30 Tidak ada pertumbuhan mikroba

Cookies, kreker, tepung roti, dan bahan pangan lain yang mengandung kadar air 3-5%

0,20 Tidak ada pertumbuhan mikroba

Susu bubuk dengan kandungan air 2-3%, sayuran

kering (ka 5%)

PENENTUAN KADAR AIRCara FisikMengeringkan dalam oven 105 - 110°C selama 3 jam (beratkonstan)

16

Analisa Zat GiziPertemuan II

1. Untuk bahan-bahan tidak tahan panas, seperti kd. Gula, minyak. Daging, kecap dll. Pemanasan dapat dilakukan dengan oven vacum dengan suhu lebihr endah

2. Tanpa pemanasan, bahan dimasukkan dalam eksikator dengan H2SO4 pekat sebagai pengering, hingga berat konstan.

3. Bahan Katinggi mengandung senyawa-senyawa mudah menguap (volatile) seperti sayuran dan susu destilasi dengan pelarut tt (toluene, xiloldanhemtana)

4. Bahan kd. Gula tinggirefraktometer

METODE PENGUJIAN KADAR AIR1. Untuk bahan – bahan tidak tahan panas seperti gula, minyak, daging,

kecap, dll pemanasan dapat dilakukan dengan oven vakum dengan suhu lebih rendahKadar Air (AOAC 1995)

o Sampel sebanyak 2 gram ditimbang dalam cawan porselen yang telah dikeringkan pada suhu 105°C selama 1 jam

o Cawan porselen yang berisi contoh kemudian dimasukkan dalam oven pada suhu 105°C selama 4 jam, jika I1 adalah bobot contoh dan I2 adalah bobot contoh setelah dikeringkan, maka:

%Kadar air= I 1−I 2Berat Sampel

x100%

2. Tanpa pemanasan, bahan dimasukkan dalam eksikator dengan H2SO4

pekat sebagai pengering, hingga konstan.

3. Bahan Ka tinggi dan mengandung senyawa – senyawa mudah menguap (volatile) seperti sayuran dan susu destilasi dengan pelarut tt (toluene, xilol dan heptane)

4. Bahan kd. Gula tinggi refrakrometer

17

Analisa Zat GiziPertemuan II

Mengukur Kadar Air Secara Kimia1. Mc. Neil

Mengukur kadar air dengan volume gas asetilen (reaksi kalsium karbida Vs. bahan yang akan di analisis)Contoh: sabun, tepung, kulit, bubuk biji vanili, mentega dan sari buah

2. Karl Fischer (1935)Reaksi kimia air snegan titrasi langsung dari bahan basah dengan larutan iodium, sulfur disoksida dan piridina dalam methanol.TAT: perubahan warna

Mothods for the determination of water (Karl Fischer Titration)

- Drying Oven- Balance With IR / Halogen- Spectroscopy (IR, MS)- Chromatography

Why?- Fast (e. g. in 1 until 2 minutes)- Selective for waer- Accurate and Precise (0,2% srel)- Wide measuring range until ppm to %

Karl FischerGerman Petrochemist (1901 – 1958)Publication 1935Reaction:2H2O + SO2 + I2 = H2SO4 + 2HI

KF TitrationKF ReactionSO2 + RN + ROH (RNH)SO3R (a Sulfite Compound)(RNH)SO3R + H2O + I2 + 2RN (RNH)SO4R + 2(RNH)I (a sulfate compound)Summary

18

Volumetric KF

Coulomtric KF

Analisa Zat GiziPertemuan II

H2O + I2 + SO2 + 3RN + ROH (RNH)SO4R + 2(RNH)I- The solvent (generally methanol) is involved in the reaction.- A suitable base keeps the pH 5 – 7

Volumetric / Coulometric TitrationVolumetric karlfiscer titrationiodine is added by burette during titration. Water as a major component: 100 ppm – 100%

Coulomterickarlfischer titrationIodine is generated electrochemically during titration, water intraceamounts : 1 ppm – 5%

Volumetric KF Titration- Iodine is added by burette during titration- Water as a major component ; 100 ppm – 100%- One compenent reagent

o Titrant:I2, SO2, imidazole, methanol and diethyleneglucolmonoethyleter.

o Solvent:Methanol

- Two component reagento Titrant

I2 and methanolo Solvent:

SO2, Inidazole and Methanol- Fast Reaction, Chemically stable, higher cost- Titrant Concentration

o 1-2-5 mg H2O / mLo Titer Stability

Check by standardizationStandardization materialsWater 100%Sodium tartrate 15,66%Strandart solution 5 mg / mLWater Standart 1% (10 mg/g)

- Air Humidity:o Tropical counties :air conditioningo Well sealed titration cello Conditioning of the titration stando Protect titration stand, titrant and solvent from ingress of water

- Drift determinationOne stand per minute ( 1 – 20 μg H2O / minute)Resolution and detection LimitVolumetric Karl Fischer TitrationDetection limit : 50 x resolutionBurette size : 5 mL

19

Analisa Zat GiziPertemuan II

Titrant ( 5 mg H2O / Step)Resolution : 2,5μg H2O / StepDetection limit : 125μg H2OFor 5 g sample : 25 ppm

Titrant (2 mg H2O / mL)Resolution : 1 μg H2O / StepDetection limit : 50 μg H2OFor 5 g sample : 10 ppm

Coulometric KF Titration- iodine is generated electrochemichally during titration- water is trace amounts : 1 ppm

20