A I R

PENDAHULUAN

Air merupakan bahan yang sangat penting bagi kehidupan manusia dan fungsinya tidak pernah dapat tergantikan oleh senyawa lain. Air juga merupakan komponen penting dalam bahan makanan karena air dapat mempengaruhi penampakan, tekstur serta cita rasa makanan kita. Bahkan dalam bahan makanan yang kering sekalipun, seperti buah kering, tepung, serta biji-bijian terkandung air dalam jumlah tertentu.Semua bahan makanan mengandung air dalam jumlah yang berbeda-beda, baik itu bahan makanan hewani atau nabati. Air berperan sebagai pembawa zat-zat makanan dan sisa-sisa metaolisme, sebagai media reaksi yang menstabilkan pembentukan biopolymer,dan sebagainya.Bila badan manusia hidup dianalisis komposisi kimianya, maka akan diketahui bahwa kandungan airnya rata-rata 65% atau sekitar 47 liter per orang dewasa. Setiap hari sekitar 2,5 liter harus diganti dengan air yang baru. Dipekirakan dari sejumlah air yang harus diganti tersebut 1,5 liter berasal dari air minum dan sekitar 1 liter berasal dari bahan makanan yang dikonsumsi.Meskipun sering diabaikan, air merupakan salah satu unsure penting dalam bahan makanan. Air sendiri meskipun bukan merupakan sumber nutrient seperti bahanmakanan lain, namun sangat esensial dalam kelangsungan proses biokimiawi organisme hidup.Di samping terdapat dalam bahan makanan secara alamiah, air terdapat babas di alam dalam berbagai bentuk. Air bebas ini sangat penting juga dalam pertanian, pencucian dan sanitasi umum maupun pribadi, teknologi pangan dan sebagai air minum.

Salah satu pertimbangan penting dalam penentuan lokasi pabrik pengolahan bahan makanan adalah adanya sumber air yang secara kuantitatif cukup maupun secara kualitatif memenuhi syarat. Dalam pabrik pengolahan pangan, air diperlukan untuk berbagai keperluan misalnya : pencucian, pengupasan umbi atau buah, penentuan kualitas bahan (tegelam atau mengambang), bahan baku proses, medium pemanasan atau pendinginan, pembentukan uap, sterilisasi, melarutkan dan mencuci bahan sisa, perlindungan terhadap kebakaran dan keperluan-keperluan lain.

Sumber air dapat digolongkan menjadi dua yaitu : air permukaan (run-off water) misalnyA air danau, sungai, bendungan, air hujan; dan air dalam tanah misalnya sumur dan artesis. Dipandang dari kandungan bahan oganiknya, jumlah mikrobianya dan kandungan mineralnya, air berasal dari daerah permukaan dan daridalam tanah dapat berbeda. Perbedaan tersebut dapat digambarkan dalam ringkasan tabel ini.Tabel III.1. Kandungan bahan organik, jumlah mikrobia, dan mineral dalam air permukaan, air sumber dan artesis.

Asal AirBahan OrganikJumlah MikrobiaMineral

PermukaanSumur

Artesis Dapat tinggiDapat tinggi

Rendah Dapat tinggiDapat tinggi

Rendah Rendah Biasanya rendah

Tinggi

Dari sifat-sifat umum tersebut air yang akan dipakai untuk keperluan khusus mungkin harus mengalami perlakuan terlebih dahulu misalnya strelisasi, pengurangan kesadahan, penurunan Biochemical Oxygen Demand dan sebagainya.Kualitas air untuk berbagai keperluan, ditentukan berdasarkan tiga faktor berikut :

1. sifat fisisnya : warna,bau,rasa,kekeruhan.

2. sifat kimiawinya yaitu : padatan dan gas yang terlarut, pH,kesadahan.

3. kandungan mikrobianya misalnya : algae, bakteri pathogen, bakteri bukan pathogen.

Terutama dalam prosesing bahan makanan, air yang dipergunakan memerlukan persyaratan kebersihan yang tinggi. Untuk keperluan pengolahan bahan makanan ini, persyaratan air sama dengan persyaratan air minum (potable water) yaitu tidak mengandung mikrobia penyebab sakit perut atau penyakit lain (pathogen), tanpa rasa atau bau yang tak dikehendaki dantak berwarna.

Syarat mutu air minum yang ditetapkan oleh the United States Public Health Service misalnya adalah sebagai berikut :

Sifat fisis :Kekeruhan kurang dari 10 ppm standar silika terlarut. Warna kurang dari warna ekivalen dari 20 ppm standar warna kobalt. Rasa harus bebas dari bau dan rasa yang tak dikehendaki.

Sifat kimiawi :

Air dalam suatu bahan makanan terdapat dalam berbagai bentuk :

1. Air bebas, terdapat dalam ruang-ruang antar sel dan inter-granular dan pori-pori yang terdapat pada bahan.

2. Air yang terikat secara lemah karena terserap (teradsorbsi) pada permukaan kolloid makromolekuler seperti protein, pektin pati, sellulosa. Selain itu air juga terdispersi diantara colloid tersebut dan merupakan pelarut zat-zat yang ada dalam sel. Air yang ada dalam bentuk ini masih tetap mempunyai sifat air bebas dan dapat dikristalkan pada proses pembekuan. Ikatan antara air dengan kolloid tersebut merupakan ikatan hidrogen.

3. Air dalam keadaan terikat kuat yaitu membentuk hidrat. Ikatannya bersifat lonik sehingga relative sukar dihilangkan atau diuapkan. Air ini tidak membeku meskipun pada 0F.

PEMBAHASAN

A. DEFINISI AKTIVITAS AIRScott (1957) pertama kali menggunakan aktivitas air sebagai petunjuk akan adanya sejumlah air dalam bahan pangan yang dibutuhkan bagi pertumbuhan mikrooganisme. Aktivitas air ini juga terkait erat dengan adanya air dalam bahan pangan.

Air dalam bahan pangan berperan sebagai pelarut dari beberapa komponen di samping ikut sebagai bahan pereaksi. Sedang bentuk air dapat ditemukan sebagai air bebas dan air terikat. Air bebas dapat dengan mudah hilang apabila terjadi penguapan atau pengeringan. Sedangkan air terikat sulit dibebaskan dengan cara tersebut. Sebenarnya air dapat terikat secara fisik, yaitu ikatan menurut system kapiler dan air terikat dalam sistem disperse.

Air yang terdapat dalam bentuk bebas dapat membantu terjadinya proses kerusakan bahan makanan misalnya proses mikrobiologis, kimiawi, enzimatik, bahkan oleh aktivitas serangga perusak. Sedangkan air yang dalam bentuk lainnya tidak membantu terjadinya proses kerusakan tersebut di atas. Oleh karenanya kadar air bukan merupakan parameter yang absolute untuk dapat dipakai meramalkan kecepatan terjadinya kerusakan bahan makanan. Dalam hal ini dapat digunakan pengertian Aw (aktivitas air) untuk menentukan kemampuan air dalam proses-proses kerusakan bahan makanan.

Pengurangan air baik secara pengeringan atau penambahan bahan penguap air bertujuan mengawetkan bahan pangan. Kriteria ikatan air dalam aspek daya awet bahan pangan dapat ditinjau dari kadar air, konsentrasi larutan, tekanan osmotik. Kelembapan relatif berimbang dan aktivitas air. Kadar air dan konsentrasi larutan hanya sedikit berhubungan dengan sifat-sifat air yang berada dalam bahan pangan. Sekarang telah disepakati bahwa aktivitas air ( Aw) merupakan parameter yang sangat berguna untuk menunjukkan kebutuhan air atau hubungan air dengan mikroorganisme dan aktivitas enzim.

Kandungan air dalam bahan pangan akan berubah-ubah sesuai dengan lingkungannya, dan hal ini sangat erat hubungannya dengan daya awet bahan pangan tersebut. Hal ini merupakan pertimbangan utama dalam pengolahan dan pengelolaan pasca olah bahan pangan.

Aktivitas air didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan uap air dari larutan dengan tekanan uap air murni pada suhu yang sama :

Aw = P

Po

Dimana :

P = Tekanan Uap Air dari Larutan pada Suhu T

Po = Tekanan Uap Air Murni pada Suhu T

Aktivitas air ini dapat juga dinyatakan sebagai jumlah molekul dalam larutan, dan menurut hukum Raoult dapat dinyatakan sebagai berikut :

Aw = n2

n1 + n2 Dimana :

n1 = adalah jumlah molekul zat yang dilarutkan

n2 = adalah jumlah molekul air

Setiap bahan bila diletakkan dalam udara terbuka kadar airnya akan mencapai keseimbangan dengan kelembaban udara disekitarnya. Kadar air bahan ini disebut dengan kadar air seimbang. Setiap kelembaban relative tertentu dapat menghasilkan kadar air seimbang tertentu pula. Dengan demikian dapat dibuat hubungan antara kadar air seimbang dengan kelembaban relatife.

Aw = ERH

100

Apabila diketahui kurva hubungan antara kadar air seimbang dengan kelembaban relative pada hakekatnya dapat menggambarkan pula hubungan antara kadar air dan aktivitas air. Kurva ini sering disebut Isoterm Sorpi Lembab (ISL)Gambar III.1. setiap bahan mempunyai ISL yang berbeda dengan bahan lainnya. Pada kurva tersebut dapat diketahui bahwa kadar air yang sama belum tentu memberikan Aw yang sama bergantung pada macam bahannya. Pada kadar air yang tinggi belum tentu memberikan Aw yang tinggi bila bahannya berbeda. Hal ini dikarenakan mungkin bahan yang satu disusun oleh bahan-bahan yang mudah mengikat air sehingga air bebas relatif menjadi lebih kecil akibatnya bahan jenis ini mempunyai Aw yang rendah.

Disamping formula diatas Aw dapat juga dikaitkan dengan tekanan osmotis dan diformilasikan sebagai berikut :

Tekanan Osmotis = - RT loge Aw

VDimana:

R = Konstanta Gas

T = Suhu Absolut

V = Molal Volume Air

Sedang satuan unit yang dipergunakan adalah dynes/cm.

Aw dari bahan pangan adalah untuk mengukur terikatnya air pada bahan pangan atau komponen bahan pangan tersebut. Dimana Aw dari bahan pangan cenderung berimbang dengan Aw lingkungan sekitarnya.

Air mempunyai tendensi untuk mengadakan ikatan hydrogen dengan gugus polar fungsional misalnya gugus hidroksil (OH) dari gula, alkohol dan gugus karbonil oksigen dari aldehid dan keton :

H H R R

O C

O

H H

O O

R H

Ikatan hidroksil dengan airIkatan karbonil dengan air

Aw dapat diukur dengan cara lain yaitu dengan mengikuti hokum Raoult :

MwAw =

Mw + Ms

Mw = jumlah mol air

Ms = jumlah mol zat pelarut

Ini terutama untuk membuat larutan yang mempunyai Aw yang diinginkan.

Aktivitas air juga dapat dihitung dengan cara tidak langsung yaitu dengan menghitung banyaknya air yang terserap dalam kertas saring kering yang telah diketahui beratnya dalam suatu ruang atau wadah yang berisi zat yang akan diukur Aw-nya.

Cara ini dengan menempatkan sample dalam alat khusus yang dilengkapi tutup ( gambar 111.2 ). Sebelumnya harus dibuatkan dahulu kurva standar yang memberikan gambaran hubungan antara Aw dengan berat air yang terserap dalam kertas saring per 100 gr kertas caranya adalah sebagai berikut :

Mula mula wadah yang terbuat dari kaca diisi dengan larutan standar yang telah diketahui Aw- nya ( lihat tabel 111.1 ). Kemudian kertas saring kering beserta cawan penyangga ditimbang dan selanjutnya dimasukkan kedalam wadah dan ditutup rapat. Setelah 24 jam kertas saring whatman no.42 5,5 cm beserta cawan penyangganya ditimbang. Selisih berat sebelum dan sesudah inkubasi tersebut merupakan bobot air yang terserap. Yang perlu diperhatikan adalah berat kertas saring yang akan digunakan harus sama. Setelah semua larutan standar dicoba akan diperoleh hubungan antara banyaknya air yang terserap dengan Aw larutan dan bila digambarkan berupa grafik standar. ( Gambar 111.3 )

Setelah diperoleh grafik standar selanjutnya dengan cara yang sama dicari Aw bahan yaitu dengan menempatkan bahan 100 gr dalam wadah sebagai pengganti larutan standar. Penentuan cara ini tidak dapat digunakan apabila dalam bahan terdapat senyawa methanol, ethanol, ataupun senyawa yang mudah menguap yang mudah terserap oleh kertas saring.

Tabel III.2 Hubungan Aw dengan konsentrasi zat

Bahan / zatAw

NaCL 9,3% (bobot/bobot)NaCL 19,1% (bobot/bobot)

NaCL 27% (jenuh)

NaNO3 (jenuh)

Mg(NO3)2 (jenuh)

Cliserol (jenuh)0,940,85

0,74

0,61

0,51

0,8 0,9

65 mm

Tutup gelas

Mangkok/cawan penyangga kertas saring whatman 42 diameter 5,5 cm

Gelas

bahan / larutan standar

53 mm

Gambar III.2. Alat penentu Aw bahan

M

Berat air

Terserap

Dalam

100 g

kertas

Gambar III.3. Hubungan Aw dengan berat air terserap

Terutama dalam prosesing bahan makanan, air yang dipergunakan memerlukanpersyaratan kebersihan yang tinggi. Untuk keperluan pengolahan bahan makanan ini, persyaratan air sama dengan persyaratan air minum (potable water) yaitu tidak mengandung mikrobia penyebab sakit perut atau penyakit lain (pathogen), tanpa rasa atau bau yang tak dikehendaki dantak berwarna.

B. SIFAT SIFAT AIRKimia Air

Ditentukan oleh tingkat kesadahan. Kesadahan air ini ditentukan oleh kandungan garam Ca dan Mg. Untuk penentuan tingkat kesadahan, dipakai standar unit ppm CaCO3.

ppm CaCO3tingkat kesadahan

0 < 50air lunak (soft water)

50 100sedikit lunak

100 200sadah

> 200sadah sekali (hard)

berdasarkan sifatnya, maka kesadahan yang disebabkan oleh garam-garam CaCl2, MgCl2, CaSO4. MGSO4 disebut sebagai kesadahan tetap, sedangkan yang disebabkan oleh Ca(HCO3)2 atau Mg(HCO3)2 disebut kesadahan sementara.

Sebuah molekul air terdiri dari sebuah atom oksigen yang berikatan kovalen dengan dua atom hydrogen. Hydrogen dan oksigen mempunyai daya padu yang sanagat besar antar keduanya. Keunikan air terjadi berkat ikatan pemadu kedua unsurnya. Perangakaian jarak atom-atomnya mirip kunci yang masuk lubangnya, kecocokannya begitu sempurna, sehingga air tergolongkedalam senyawa mantap. Semua atom dalam molekul air terjalin menjadi satu oleh ikatan yang kuat , yang hanya dapat dipecahkan oleh perantara yang paling agresif, misalnya energi listrik atau zat kimia seperti logam kalium.

Sebuah atom oksigen mempunyai sebuah inti dengan delapan proton; kulit electron bagian dalam berisi dua electron dan sebuah kulit elktron luar hanya berisi enam electron, jadi masih belum penuh atau masih kekurangan dua elektron. Sedangkan sebuah atom hidrogen mempunyai kulit elektron tunggal disekeliling intinya, yang berisi hanya satu elektron, jadi masih belum penuh atau kekurangan satu elektron. Kulit yang belum terisi penuh tersebut tidak mantap dan elektron-elektronnya cepat bergabung dengan elektron lain untuk memenuhi ruang dalam satu kulit. Kulit yang telah terisi penuh merupakan bentuk yang mantap, dan setelah hal itu terjadi, maka akan dilawannya setiap usaha pemisahan.

Kandungan Mikrobiologis

ditentukan dengan standar penentuan jumlah Coliform (termasuk Escherichia coli dan Aerobacter) yaitu jenis bakteri yang menunjukkan adanya pencemaran kotoran manusia atau hewanpada air. Jenis bakteri yang terdapat dalam kotoran umumnya terdiri dari E. coli strain comunis (yang paling banyak). Streptococcus dan Clostridium welchii. Meskipun tidak berbahaya, organisme non-patogen sering menimbulkan kerugian misalnya menimbulkan rasa dan bau yang menganggu, menimbulkan lendir pada pipa air, menyebabkan kontaminasi makanan waktu pencucian atau pendinginan kaleng yang menyebabkan kerusakan makanan yang dikalengkan. Oleh sebab itu, upaya harus dilakukan untuk mengurangi jumlah mikrobia dalam air yang dipergunakan dalam prosesing serendah mungkin.

Air Dalam Kristal Es

Bila suhu air diturunkan, pelepasan panas akan mengakibatkan pergerakan molekul-molekul air diperlambat dan volumenya mengecil. Bila air didinginkan sampai suhu 4oC, suatu pola baru ikatan hidrogen terbentuk. Volume air sebaliknya mengembang ketika air diturunkn suhunya dari 4oC sampai 0oc. ketika panas dilepas lagi setelah air mencapai 0oc, terjadilah kristal , dan ketika air es berubah menjadi kristal es, volume mendadak mengembang. Es memerlukan ruang 1/11 kali lebih banyak daripada volume air pembentuknya, tetapi es bersifat kurang padat bila dibandingkan air, karenanya es terapung kepermukaan air.

Larutan Dalam Air

Air berfungsi sebagai bahan yang dapat mendispersikan berbagai senyawa yang ada dalam bahan makanan. Untuk beberapa bahan malah sebagai pelarut.air dapat melarutkan berbagai bahan seperti garam, vitamin yang larut air, mineral, dan senyawa-senyawa citarasa seperti yang terkandung dalam the dan kopi.

Larutan dalam air dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu yang ionic maupun yang molekuler. Pada bahan kristal sama halnya seperti garamdapur(NaCl). Atom Na mndonasikan satu elektron yang berada dilapisan luar kepada atom klorida yang yang kekurangan satu elektron pada lapisan luarnya sehingga menghasilkan ion Na+ dan Cl-.

Dalam kristal NaCl, kedua ion tersebut saling terikat dengan daya tarik elektrostatik. Molekul-molekul air dapat mengurangi daya tarik-menarik antara Na+ dan Cl- sedemikian rupa sehingga tinggal 1% saja dari daya tarik yang terdapat dalam kristal NaCl. Ion-ion tersebut kemudian terhidrasi dan diungsikan oleh molekul-molekul air; demikian seterusnya sehingga terjadilah larutan garam.

Keadaan yang sama terjadi pada basa maupun asam seperti halnya garam. Molekul-molekul atau ion-ion didalam larutan disebut bahan terlarut dan cairan dimana bahan tersebut larut disebut pelarut.

Molekul-molekul berbagai senyawa terikat satu sama lain melalui ikatan hydrogen, contohnya molekul gula. Bila sebuah kristal gula melarut, molekul-molekul air bergabung secara ikatan hydrogen pada Gugus polar molekul gula yang terdapat dipermukaan air kristal gula tersebut. Molekul-molekul air yang mula-mula terikat pada lapisan pertama ternyata tidak dapat bergerak, tetapi selanjutnya molekul-molekul gula akhirnya dikelilingi oleh lapisan air dan melepaskan diri dari kristal.

Pemanasan air dapat mengurangi daya tarik-menarik antar molekul-molekul air dan memberikan cukup energi kepada molekul-molekul air itu sehingga dapat mengatasi daya tarik-menarik antar molekul gula. Karena itu daya kelarutan pada bahan yang melibatkan ikatan hydrogen seperti pada gula, akan meningkat denan meningkatnya suhu. Karena itu gula lebih cepat melarut dalam air panas daripada dalam air dingin.

Dispersi Beberapa bahan kimia dalam makanan tidak dapat membentuk suatu larutan, tetapi hanya terdispersi dalam air. Kelompok senyawa tersebut membentuk dispersi koloidal. Perbedaan antara larutan murni dan dispersi koloidal terletak dalam ukuran molekul dan partikel yang terlibat dan juga luas relative permukaannya.

Dalam bentuk dispersi koloidal, partikel-partikel yang ada dalam air bentuknya tidak begitu besar sehingga tidak dapat mengendap, tetapi juga tidak cukup kecil untuk dapat membentuk larutan. Protein biasanya termasuk senyawa yang membentuk dispersi koloidal. Gelatin misalnya, merupakan suatu protein yang bila ditambah air panas akan membentuk dispersi koloidal. Berbagai jenis dispersi koloidal bersifat tidak stabil karena ukurannya besar. Penggumpalan susu misalnya, disebabkan ketidakstabilan kasein yang terdispersi koloidal.

Suspensi merupakn suatu jenis dispersi. Dalam suspensi partikel-partikel bahan tersebut berbentuk begitu besar atau begitu kompleks sehingga tidak dapat larut dan juga tidak dapat membentuk koloid. Salah satu contoh adalah pati dalam air dingin. Bila pati jagung digunakan untuk mengentalkan puding, pati tersebut disuspensikan dalam cairan dingin dan suspensinya diaduk dan dipanaskan sampai oati membengkak sehingga tetap dalam puding.

Ikatan Kovalen Dan Ikatan Antar Molekul AirDalam sebuah molekul air dua buah atom hidrogen berikatan dengan sebuah atom oksigen melalui dua ikatan kovalen, yang masing-masing mempunyai energi sebesar 110,2 kkal per mol. Ikatan kovalen tersebut merupakn dasar bagi sifat air yang penting, misalnya kebolehan air sebagai pelarut.

Kosong

Kulit K

Kulit L

hidrogen

105o

oksigen

(a)

(b)

(c)

keterangan gambar:

(a). dua atom hydrogen dan sebuah atom oksigen

(b). molekul air, setiap electron hydrogen saling memanfaatkan sepasang electron dengan oksigen

(c) Terjadinya dua kutub positif dan negative (dipolar).

Kemampuan molekul air membentuk ikatan hidrogen menyebabkan air mempunyai sifat-sifat yang unik. Ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul-molekul yang berdampingan mengakibatkan air pada tekanan atmosfer bersifat mengalir pada suhu 0-100oC. kelompok-kelompok kecil molekul air bergabung dengan suatu pola tertentu, tetapi kelompok-kelompok tersebut bergerak bebas dan menyebabkan terjadinya pertukaran ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen ini tidak hanya mengikat molekul-molekul air satu sama lain, tetapi dapat juga menyebabkan pembentukan hidrat antara air dengan senyawa-senyawa lain yang mempunyai kutub O atau N, seperti senyawa molekul atau karbohidrat yang mempunyai gugus OH (hidroksi).

Es merupakan suatu senyawa yang terdiri dari molekul-molekul H2O yang tersusun seddemikian rupa sehingga 1 atom H terletak disatu sisi antar sepasang atom oksigen molekul-molekul air lainnya, membentuk suatu heksagon simetrik. Satu molekul H2O dapat mengikat 4 molekul H2O yang berdekatan dan jarak atom O-O yang berdampingan sebesar 2,76Ao.Ruangan-ruangan dalam kristal es berbentuk sedemikian rupa sehingga membentuk saluran-saluran dalam jumlah yang sangat besar. Karena itulah es mempunyai volume 1/11 kali lebih besar dari bentuk cairannya dan kerapatannya lebih kecil sehingga es mengapung dalam air.

C. AIR DALAM BAHAN MAKANAN

Sampai sekarang belum diperoleh suatu istilah yang untuk air yang terdapat dalam bahan makanan. Istilah yang umumnya dipakai sekarang ini adalah air terikat (bound water). Walaupun sebenarnya istilah ini kurang tepat, karena keterikatan air dalam bahan berbeda-beda, bahkan ada yang tidak terikat. Karena itu, istilah air terikat ini dianggap sebagai suatu system yang mempunyai derajat keterikatan berbeda-beda dalam bahan.

Pembagian Tipe Air Terikat Berdasarkan Derajat Keterikatannya.

Tipe I, adalah molekul air yang terikat pada molekul-molekul lain melalui suatu ikatan hydrogen yang berenergi besar. Molekul air membentuk hidrat dengan molekul-molekul lain yang mengandung atom-atom O dan N seperti karbohidrat, protein, atau garam. Air tipe ini tidak dapat membeku pada proses pembekuan, tetapi sebagian air ini dapat dihilangkan dengan cara pengeringan biasa. Air tipe ini terikat kuat dan sering kali disebut air terikat dalam arti sebenarnya.

Derajat pengikatan air sedemikian rupa sehingga reaksi-reaksi yang terjadi sangat lambat dan tidak terukur. Reaksi yang nyata dalam bahan makanan dalah peningkatan oksidasi lemak bila setelah air tipe I, air terikat lagi membentuk air tipe II (Gambar 5).

Oksidasi lemak akan meningkat pada daerah II karena keaktifan katalis meningkat dengan adanya pengembangan volume akibat penyerapan air.

Tipe II, yaitu molekul-molekul air membentuk ikatan hydrogen dengan molekul air lain, terdapat dalam mikrokapiler dan sifatnya agak berbeda dari air murni. Air jenis ini lebih sukar dihilangkan dan penghilangan air tipe II akan mengakibatkan penurunan (water activity). Bila sebagian air tipe II dihilangkan, pertumbuhan mikroba dan reaksi-reaksi browning, hidrolisis, atau oksidasi lemak akan dikurangi. Jika air tipe II dihilangkan seluruhnya, kadar air bahan akan berkisar antara 3-7 %, dan kestabilan optium bahan makanan akan tercapai, kecuali pada produk-produk yang dapat mengalami oksidasi akibat adanya kandungan lemak tidak jenuh.

Tipe III, adalah yang secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan seperti membran, kapiler, serat, dan lain-lain. Air tipe III inilah yang seringkali disebut dengan air bebas. Air tipe ini mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi-reaksi kimiawi. Apabila air tipe III ini diuapkan seluruhnya, kandungan air bahan berkisar antara 12-25 % dengan (water activity) kira-kira 0,8 tergantung dari jenis bahan dan suhu.

Tipe IV, adalah air yang tidak terikat dalam jaringan suatu bahan atau air murni, sehingga sifat-sifat air biasa dan keaktifan penuh.

Selain tipe-tipe air seperti dasebutkan diatas, beberapa penulis membedakan pula air imbibisi dan air kristal. Air ambibisi merupakan air yang masuk kedalam bahan pangan dan akan menyebabkan pengembangan volume, tetapi air ini tidak merupakan komponen penyusun bahan tersebut. Misalnya air dengan beras bila dipanaskan akan membentuk nasi, atau pembentukan gel dari bahan pati. Air kristal adalah air terikat dalam semua bahan, baik pangan maupun nonpangan yang berbentuk kristal, seperti gula, garam, CuSO4, dan lain-lain.

Kandungan air dalam bahan makanan mempengaruhi daya tahan bahan mekanan terhadap serangan mikroba yang dinyatakan dengan a , yaitu jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisma untuk pertumbuhannya. Berbagai mikroorganisma mempunyai a :0,90; khamir a : 0,80-0,90; kapang a : 0,60-0,70.

Pada bahan pangan isotherm sorpsi air dapat menggambarkan kandungan air yang dimiliki bahan tersebut sebagai keadaan kelembaban relatif ruang tempat penyimpanan.

Isoterm ini dapat dibagi menjadi beberapa bagian, tergantung dari keadaan air dalam bahan pangan tersebut.

Tidak ada suatu nilai kelembaban relatif tertentu yang dapat dijadikan ukuran sebagai batas satu daerah dengan daerah lainnya. Adanya kurva desorpsi memberikan bukti mengenai hal ini.

Isoterm sorpsi air bahan pangan dapat diperoleh dengan dua cara. Cara pertama: Bahan makanan dengan kadar air yang diketahui dibiarkan mencapai keseimbangan dengan sisa ruang dalam wadah tertentu yang tertutup sangat rapat. Tekanan uap parsial uap airnya diukur dengan manometer, atau RH dari sisa ruang tersebut diukur dengan hygrometer listrik, point cells, atau psikrometer rambut. Dengan demikian kita mendapatkan data hubungan kadar air dangan RH dalam keadaan keseimbangan atau dangan a dari bahan makanan (RH= a x 100).

Cara kedua dilakukan sebagai berikut: Sampel dalam jumlah kecil diletakkan pada beberapa ruangan yang tetap RH-nya (misalnya dalam desikator yang mengandung larutan garam jenuh seperti litium klorida untuk RH sekitar 11%, MgCl2 untuk RH sekitar 32%, NaCl untuk RH sekitar 75%, dan kalium sulfat untuk RH 97%). Setelah keseimbangan tercapai, kadar air bahan kemudian diukur secara gravimetris atau cara lain. Dengan demikian kita mendapatkan hubungan antara kadar air bahan dan RH dalam keadaan keseimbangan.

Untuk memperpanjang daya tahan syatu bahan, sebagian air dalam bahan harus dihilangkan dengan beberapa cara tergantung dari jenis bahan. Umumnya dilakukan pengeringan, baik dengan penjemuran atau dengan alat pengering buatan; seperti pada penjemuran padi, ikan asin, pembuatan dendeng, dan lain sebagainya. Pada bahan yang berkadar air tinggi, susu misalnya, dilakukan evaporasi atau penguapan. Pembuatan susu kental pada prinsipnya adalah mengurangi kadar air dengan cara dehidrasi.

D. PENENTUAN KADAR AIR DALAM BAHAN MAKANAN

Kadar air dalam bahan makanan dapat ditentukan dengan berbagai cara antara lain :

1. Metode pengeringan (Thermogravimetri)

2. Metode destilasi (Thermovolumetri)

3. Metode khemis

4. Metode fisis

5. Metode khusus misalnya dengan kromatografi: Nuclear Magnetic-Resonance.

Penentuan Kadar Air Cara Pengeringan (Thermogravitimetri)Prinsipnya menguapkan air yang ada dalam bahan dengan jalan pemansan. Kemudian menimbang bahan sampai berat konstan yang berarti semua air sudah diuapkan. Cara ini relatif mudah dan murah. Kelemahan cara ini adalah :

a. Bahan lain di samping air juga ikut menguap dan ikut hilang bersama dengan uap air misalnya alkohol, asam asetat, minyak atsiri dan lain-lain.

b. Dapat terjadi reaksi selama pemanasan yang menghasilkan air atau zat mudah menguap lain. Contoh guls mengalami dekomposisi atau karamelisasi, lemak mengalami oksidasi dan sebagainya.

c. Bahan yang mengandung bahan yang dapat mengikat air secara kuat sulit melepaskan airnya meskipun sudah dipanaskan.

Suatu bahan yang telah mengalami pengeringan ternyata lebih bersifat higroskopis daripada bahan asalnya. Oleh karena itu selama pendinginan sebelum penimbangan, bahan selalu ditempatkan dalam ruang tertutup yang kering misalnya dalam eksikator atau dessikator yang telah diberi zat penyerap air. Penyerap air/uap air ini dapat menggunakan kapur aktif; asam sulfat; silica gel; alluminium oksida; kalium khlorida; kalium hidroksida; kalsium sulfat atau barium oksida.

Silica gel yang digunakan sering diberi warna guna memudahkan apakah bahan tersebut sudah jenuh dengan air atau belum. Bila sudah jenuh akan berwarna merah muda dan bila dipanaskan menjadi kering berwarna biru.

Penentuan Kadar Air Cara Destilasi ( Thermovolumetri )

Prinsip penentuan kadar air dengan destilasi adalah menggunakan air dengan pembawa cairan kimia yang mempunyai titik didih lebih tinggi daripada air dan tidak dapat campur dengan air serta mempunyai berat jenis lebih rendah dari pada air. Zat kimia yang dapat digunakan antara lain : toluene, xylem, benzene, tetrakhlorethilen dan xylol.

Cara penentuannya adalah dengan memberikan zat kimia sebanyak 75 100 ml pada sample yang diperkirakan mengandung air sebanyak 2 5 ml, kemudian dipanaskan sampai mendidih. Uap air dan zat kimia tersebut diembunkan dan ditampung dalam tabung penampung. Karena berat jenis air lebih besar daripada zat kimia tersebut maka air akan berada dibagian bawah pada tabung penampung. Bila pada tabung penampung dilengkapi skala maka banyaknya air dapt diketahui langsung. Alat yang dipakai sebagai penampung ini antara lain tabung Stark-Dean dan Sterling Bidwell.

Cara destilasi ini baik untuk menentukan kadar air dalam zat yang kandungan airnya kecil yang sulit ditentukan dengan cara thermogravimetri. Penentuan kadar air cara ini hanya memerlukan waktu 1 jam.

Dengan cara destilasi terjadinya oksidasi senyawa lipid maupun dekomposisi senyawa gula dapat dihindari sehingga penentuannya lebih cepat.

Untuk bahan yang mengandung gula dan protein yang tinggi sering ditambahkan serbuk asbes ke dalam bahan, hal ini untuk mencegah terjadinya superheating yang dapat menimbulkan dekomposisi bahan tersebut. Untuk memperluas permukaan kontak dengan cairan kimia yang digunakan dan memperlamcar terjadinya destilasi dapat ditambahkan tanah diatomea pada bahan yang telah ditumbuk halus sebelum destilasi.

Metode Kimiawi

Ada beberapa cara penentuan kadar air dalam bahan secara kimiawi yaitu antara lain :a. Cara titrasi Karl Fischer ( 1935 )

Cara ini adalah dengan menitrasi sample dengan larutan iodine dalam methanol. Reagen lain yang digunakan dalam titrasi ini adalah Sulfur dioksida dan pirdin. Methanol dan pirdin digunakan untuk melarutkan yodin dan sulfur dioksida agar reaksi dengan air menjadi lebih baik. Selain itu piridin dan methanol akan mengikat asam sulfat yang terbentuk sehingga akhir titrasi dapa lebih jelas dan tepat. Selama masih ada air dalam bahan, iodine akan bereaksi, tetapi begitu air habis maka yodin akan bebas. Pada saat timbul warna iodine bebas ini, titrasi dihentikan. Yodin bebas ini akan memberikan warna kuning coklat. Untuk memperjelas perwarnaan maka dapat ditambahkan metilin biru dan akhir titrasi akan memberikan warna hijau. Tahapan reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut :

I2 + SO2 + 2C6H5N C6H5N.SO2C6H5N.I2 + C6H5N.SO2 + C6H5N + H2O 2(C6H5N.HI) + C6H5N.SO3C6H5N.SO3 + CH3OH C6H5N (H)SO4CH3I2 dengan metilin biru akan berubah warnanya menjadi hijau.

Dalam pelaksanaanya titrasi harus dilakukan dengan kondisi bebas dari pengaruh kelembaban udara. Untuk keperluan tersebut dapat dilakukan dalam ruang tertutup.

Cara titrasi Karl Fischer ini telah berhasil dipakai untuk penentuan kadar air dalam alkohol, ester- ester, senyawa lipid, lilin, pati, tepung gula, madu dan bahan makanan yang dikeringkan, cara inibanyak dipakai karena memberikan harga yang tepat dan dikerjakan cepat. Tingkat ketelitiannya lebih kurang 0,5 mg dan dapat ditingkatkan lagi dengan sistem elektroda yaitu dapat mencapai 0,2 mg.

b. Cara Kalsium Karbid

Cara ini berdasarkan reaksi antara kalsium karbid dan air menghasilkan gas asetilin. Cara ini sangat cepat dan tidak memerlukan alat yang rumit. Jumlah asetilin yang terbentuk dapat diukur dengan berbagai cara :1. Menimbang campuran bahan dan karbid sebelum dan sesudah reaksi ini selesai. Kehilangan bobotnya merupakan berat asetilin.

2. Mengumpulkan gas asetilin yang terbentuk dalam ruangan tertutup dan mengukur volumenya. Dengan volume yang diperoleh tersebut dapat diketahui banyaknya asetilin dan kemudian dapat diketahui kadar air bahan.

3. Dengan mengukur tekanan gas asetilin yang terbentuk jika reaksi dikerjakan dalam ruang tertutup. Dengan mengetahui tekanan dan volume asetilin dapat diketahui banyaknya dan kemudian dapat diketahui kadar air bahan.

4. dengan menangkap gas asetilin dengan larutan tembaga sehingga dihasilkan tembaga asetilin yang dapat ditentukan secara gravimetri atau volumetri atau secara kolorimetri.

Reaksi yang terjadi selama pencampuran dapat dituliskan sebagai berikut.

CaC2 + H2O CaO + C2H2Tiap 1 grol gas asetilin berasal dari 1 grol air. Volume 1 grol gas asetilin dianggap sama dengan gas ideal yaitu 22,4 liter. Ketelitiannya tergantung pada pencampuran atau interaksi karbid dengan bahan.

Cara tersebut telah berhasil untuk menentukan kadar air dalam tepung, sabun, kulit, biji panili, mentega dan air buah.

Penentuan kadar air cara ini dapat dikerjakan sangat singkat yaitu berkisar 10 menit.

c. Cara asetil khlorida

Penentuan kadar air cara ini berdasarkan reaksi asetil khlorida dan air menghasilkan asam yang dapat dititrasi menggunakan basa. Asetil khlorida yang digunakan dilarutkan dalam toluol dan bahan didispersikan dalam piridin. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan berikut :

H2O + CH3COCl CH3COOH + HCl

Cara ini telah berhasil dengan baik untuk penentuan kadar air dalam bahan minyak, mentega, margarin, rempah-rempah dan bahan-bahan yang berkadar air sangat rendah.

Metode FisisAda beberapa cara penentuan kadar air cara fisis ini antara lain :

a. Berdasarkan tetapan dielektrikum

b. Berdasarkan konduktivitas listrik (daya hantar listrik) atau resistansi

c. Berdasarkan resonansi nuklir magnetik (NMR = Nuclear Magnetic Resonance)

a.Penentuan kadar air berdasarkan tetapan dielektrikumAir mempunyai tetapan dielektrikum sebesar 80. Zat-zat lain mempunyai tetapan yang tertentu pula misal karbohidrat dan protein lebih kecil dari 10, metanol sebesar 33, etanol sebesar 24, aseton sebesar 21,4, benzen sebesar 2,3, heksan sebesar 1,9. Kontante dielektrikum dapat dituliskan rumusnya sebagai berikut : e1 e2 D =

F . r2F: daya tarik-menarik antara dua ion yang berlawanan

e1 & e2: muatan ion-ion

r: jarak antara dua ion.

Untuk mengetahui kadar air bahan diperlukan adanya kurva standar yang melukiskan hubungan antara kadar air dan tetapan dielektrikumnya dari bahan yang diselidiki. Dengan mengetahui tetapan dielektrikum bahan sejenis akan dapat dihitung kadar air bahan tersebut.

b.Penentuan kadar air berdasarkan daya hantar listrik atau resistensiAir merupakan penghantar listrik yang baik. Bahan yang mempunyai kandungan air yang besar akan mudah menghantarkan listrik atau mempunyai resistensi yang relatif kecil. Suatu zat dilalui aliran listrik, maka apabila diketahui suatu grafik yang menggambarkan hubungan-hubungan antara kadar air dan resistensinya, maka bila diketahui resistensi bahan sejenis akan dapat dihitung kadar air bahan tersebut.

Contoh :bahan gandum berkadar air 13 persen akan mempunyai resitensi hampir tujuh kali daripada resistensi gandum yang berkaar air 14 persen.

Alat yang digunakan untuk mengukur kadar air bahan sejenis ini disebut resistensi meter atau moisture tester. Perlu diingat pula bahwa konduktivitas bahan dapat berubah karena perubahan temperatur. Makin tinggi suhu konuktivitasnya makin besar atau resistensinya makin kecil. Untuk pengukuran yang tepat perlu diberikan koreksi terhadap data yang diperoleh pada suhu tersebut. Biasanya skala yang tercantum dalam alat sudah dirubah langsung bisa menunjukkan kadar air suatu bahan.

c.Penentuan kadar air berdasarkan resonansi nuklir magnetik

(NMR : Nuclear magnetic resonance)

Penentuan kadar air cara ini berdasarkan sifat-sifat magnetik dari inti atom yang mampu menyerap enersi. Dengan kondisi yang terkendali absorbsi energi dapat merupakan index zat yang dikandungnya. Enersi yang diserap oleh intiatom hidrogen dari molekul air dapat merupakan suatu ukuran dari banyaknya air yang dikandung oleh bahan tersebut. Untuk ini diperlukan kurva standar yang menggambarkan antara banyaknya energi yang diserap dengan kandungan air dalam bahan.

E. PENGARUH AKTIVITAS AIR

Pada Stabilitas Pigmen

Stabilitas pigmen dalam bahan pangan sangat dipengaruhi oleh berbagai factor lingkungan. Faktor-faktor tersebut meliputi antara lain ada tidaknya oksigen, cahaya, substansi oksidasi dan reduksi, unsure logam berat, Aw, pH dan suhu.

Pada umumnya pigmen yang banyak digunakan dalam pengolahan bahan pangan adalah karoten, klorofil, anthocyanin dan betanin. Apabila ada konsentrasi oksigen tak terbatas, maka kerusakan pigmen mengikuti pola reaksi kinetik urutan pertama.

Stabilitas karotenoid umumnya sebagai fungsi oksidasi atau karena pemanasan, dan hal ini tentunya terkait erat dengan peran air dan Aw. Hal tersbut dapat ditunjukkan pada bagian daging ikan salmon yang dikeringbekukan. Di sana ditemukan hubungan langsung antara nilai Aw dan rusaknya karonetoid. Sebagaimana halnya pada proses oksidasi lemak, kerusakan karotenoid ini juga melalui proses serupa, yaitu proses oksidasi yang diikuti oleh mekanisme pembebasan radikal yang sangat dipengaruhi oleh adanya air yang berperan serta dalam proses oksidasi kerusakan karoten. Nilai Aw di atas lapisan tunggal (nilai Aw di atas 0,41) hampir dapat memberikan perlindungan sepenuhnya.

Beberapa kegiatan yang terkait dengan sifat perlindungan oleh air adalah sebagai berikut :

1. Air pada permukaan bahan melindungi dekomposisi hidroperoksida, yang terbentuk dari ikatan hodrogen pada saat reaksi radikal bebas, sehingga memperlambat tingkat awal reaksi kerusakan.

2. Air yang bergabung dengan logam trace dan bersifat katalis akan mengurangi atau menghentikan sama sekali aktvitas katalitiknya.

3. Air dapat membentuk hidroksida logam yang tidak larut, sehingga mengurangi perannya dalam reaksi.

Perannya yang terbesar yang dapat dilakukan air terhadap kerusakan pigmen ialah apabila nilai kelembapan relatifnya 75 %, dimana nilai separuhnya umur simpan (half life) untuk karoten, apo 8-karotenal dan canthaxanthin masing-masing adalah 17,3;21,6 dan 49,5 hari (Tabel 9.1)

Jadi, pengaruh perlidungan air terhadap oksidasi karotenoid dapat dijelaskan sebagai berikut : jumlah radikal bebas yang terbentuk lebih sedikit karena terikat dengan air, dan penurunan jumlah tersebut akan meningkat dengan bertambahnya air. Pengaruh air secara keseluruhan sangat tergantung pada komposisi bahan pangan.

Pada paprika halus (paprika powder) kerusakan karoten terjadi dalam tiga tahap, yaitu: induksi, periode stabil dan periode timbulnya kembali oksidasi. Eriode stabil dapat diperpanjang bila ditambahkan dengan asam askorbik dan tembaga yang berperan sebagai prooksidan atau antioksidan tergantung pada konsentrasi dan Aw. Asam askorbik dalam sitem model dengan nilai Aw rendah (sekitar 0,001) tidak bersifat prooksidan maupun antioksidan. Pada konsentrasi asam askorbik yang rendah (5 mol/g selulosa) sifat prooksidan akan meningkat sejalan dengan kenaikannnilai Aw, sedangkan pada konsentrasi tinggi (100 mol/g selulosa) sifat antioksidan yang terlihat akan lebih nyata bila tembaga ditambahkan.

Dalam system oleoresin-selulosa, akan terjadi kenaikan nilai Aw dari 0,01 sampai 0,75 tanpa adanya antioksidan dalam sistem akan menaikkan periode induksi dari 6 hari menjadi 12 hari. Dengan adanya zat tambahan akan dapat menaikkan periode induksi dari 10 hari menjadi 120 hari. Jadi, adanya asam askorbik dan tembaga yang terlarut dalam produk bernilai Aw tinggi berperan penting dalam stabilitas karoten, dan diduga bertanggung jawab atas kerusakan warna pada paprika halus, dimana paprika sendiri mempunyai asam askorbik dan tembaga dalam jumlah cukup untuk bertindak sebagai antioksidan.

Pada Pertumbuhan Mikroorganisme

Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh dan tetap hidup merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatian, agar agar diperoleh bahan pangan yang bergizi dan aman bagi kesehatan. Beberapa faktor yang ikut berperan serta dalam pertumbuhan mikroorganisme meliputi suplai zat gizi, waktu, suhu, air, pH, tersedianya oksigen, dan aktivitas air.

Di dalam kehidupanya semua organisme membutuhkan air. Hubungan antara air dan mikroorganisme telah dipelajari oleh beberapa pakar. Masing-masing jenis mikroorganisme membutuhkan jumlah air yang berbeda untuk pertumbuhanya. Pada nilai Aw tinggi (0,91) bakteri umumnya tumbuh an berkembang biak, khamir (ragi) dapat tumbuh dan berkembang biak pada nilai Aw 0,87 0,91, sedang jamur (kapang) lebih rendah lagi yaitu pada nilai Aw 0,80 0,87. Beberapa prinsip yang dilakukan scott (1975) dan masih tetap berlakusampai sekarang adalah :

1. Aw bukan kadar air yang menentukan pertumbuhan mikroorganisme. Sebagaimana telah diuraikan kebanyakan bakteri tidak dapat tumbuh pada nilai Aw di bawah 0,91 dan kebanyakan jamur tidak dapat tumbuh dibawah Aw 0,81. beberapa jamur xerofilik telah menunjukkan kemampuan tumbuh paa nilai Aw dibawah 0,70. nilai Aw 0,70 0,75 dinyatakan sebagai batas terendah bagi jamur.

2. faktor ekstrinsik dan intrinsik mempengaruhi tingkat Aw yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme (seperti terseianya zat-zat gizi, pH, oksigen, dan suhu).

3. Pengurangan air atau perubahan fase air dalam bahan pangan oleh penambahan bahan yang larut dalam air atau pembekuan, dapat mengakibatkan terjadi penyesuaian terhadap nilai Aw.

4. Penurunan nilai Aw oleh penambahan humektan menunjukkan bahwa zat yang ditambahkan mempunyai pengaruh yang cukup kompleks terhadap pengaruh Aw itu sendiri. Misalnya pada suatu nilai tertentu pertumbuhan mikroba ditekan secara efektif oleh sodium klorida gliserol.

5. Aw bukan kadar air yang menentukan pertumbuhan mikroorganisme. Sebagaimana telah diuraikan kebanyakan bakteri tidak dapat tumbuh pada nilai Aw di bawah 0,91 dan kebanyakan jamur tidak dapat tumbuh dibawah Aw 0,81. beberapa jamur xerofilik telah menunjukkan kemampuan tumbuh paa nilai Aw dibawah 0,70. nilai Aw 0,70 0,75 dinyatakan sebagai batas terendah bagi jamur.

6. faktor ekstrinsik dan intrinsik mempengaruhi tingkat Aw yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme (seperti terseianya zat-zat gizi, pH, oksigen, dan suhu).

7. Pengurangan air atau perubahan fase air dalam bahan pangan oleh penambahan bahan yang larut dalam air atau pembekuan, dapat mengakibatkan terjadi penyesuaian terhadap nilai Aw.

8. Penurunan nilai Aw oleh penambahan humektan menunjukkan bahwa zat yang ditambahkan mempunyai pengaruh yang cukup kompleks terhadap pengaruh Aw itu sendiri. Misalnya pada suatu nilai tertentu pertumbuhan mikroba ditekan secara efektif oleh sodium klorida gliserol.

Hubungan tertentu terjadi antara nilai Aw, suhu dan zat gizi. Pada setiap perubahan suhu, kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh akan menurun sesuai dngan penurunan nilai Aw. Kisaran nilai Aw dimana mikroorganisme dapat tumbuh dngan baik pada suhu optimum bagi pertumbuhan mikroorganisme tersebut. Pada umumnya mikroorganisme menunjukkan ketahanan yang cukup besar terhadap penurunan nilai Aw pada suhu dekat pertumbuhan secara optimum.

Tersedianya zat gizi juga menaikkan kisaran nilai Aw dimana mikroorganisme dapat hidup. Oleh karena itu nilai Aw yang ada hanya merupakan patokan saja, karena perubahan suhu atau kandungan gizi akan memungkinkan pertumbuhan mikroorgnisme tertentu walaupun pada nilai Aw yang lebih rendah.

Pada umumnya penurunan nilai Aw dibawah optimum meningkatkan tahap istirahat (lag phase) dari pertumbuhan mikroorganisme dan menurunkan tingkat petumbuhan serta besarnya populasi akhir. Pengaruh ini diharapkan sebagai hasil dari pengaruh balik danpenurunan jumlah air pada semua kegiatan metabolik, karena semua reaksi kimia dalam sel membutuhkan air yang juga berasal dari lingkungan sekitarnya.

Secara keseluruhan pengaruh penurunan nilai Aw pada tersedianya zat gizi bagi kehidupan mikroorganisme, dan kebutuhan sel akan gizi yang jua diperoleh melalui cairan akan terhenti sama sekali. Di samping itu pengaruh lainya ialah berkurangnya cairan yang dibutuhkan membran sel. Diharapkan dengan cara ini bagian dalam sel akan mongering kerena turunnya nilai Aw sampai batas keseimbangan air pada sel dengan substratnya. Jika sel mikroorganisme masih dapat bertahan hidup pada nilai Aw rendah, mungkin disebabkan oleh kemampuannya memekatkan garam-garam, poliol dan asam amino maupun senyawa lain yang dapat melindungi sel dari kekeringan, tetapi juga dapat menyerap air dilingkungan sekitar walaupun nilai Aw lingkungan sekitarnya cukup rendah.Pada bahan pangan setengah basah yang mempunyai kadar air 15 40 % dan nilai aw antara 0,60 0,85 yang pada umumnya cukup awet dan stabil pada penyimpanan suhu kamar, pengendalian pertumbuhan mikroorganisme bukan saja hasil kerja Aw saja, tetapi hasil kerja dengan pH, potensial redoks, suhu, dan bahan tambahan makanan. Tipe dan konsentrasi humektan, juga mikroflora merupakan saingan yang telah ada dalam bahan pangan. Perlu diperhatikan bahwa kontaminasi awal atau jumlah jenis mikrorganisme yang telah ada pada bahan pangan atau bahan baku, maupun selama pengolahan, sangat besar pengaruhnya paa mutu mikrobiologis produk akhir.

Bakteri

Bakteri termasuk jenis mikroorganisme yang tumbuh dengan cepat apabila keadaan sekitarnya memungkinkan, dan kondisi ini dapat mengakibatkan kerusakan bahan pangan maupun penularan penyakit melalui bahan pangan.

Kebanyakan bakteri nonhalofilik mempunyai tingkat pertumbuhan maksimum pada kisaran nilai Aw 0,980 0,997, sedang bakteri halofilik masih dapat tumbuh pada nilai Aw 0,750. tingkat pertumbuhan akan menurun, kadang-kadang secara linear pada nilai Aw dibawah optimum. Penurunan akan banyak terjadi pada bakteri yang membutuhkan banyak air pada kehidupannya, sedang bakteri yang lebih tahan pada kekeringan akan sedikit terpengaruh.

Tingkatan Aw dengan tingkat pertumbuhan mencapai maksimal diduga kadang-kadang membantu memperpendek tingkat istirahat pertumbuhan bakteri, walau biasanya sangat sulit mengukur tingkat istirahat secara tepat pada nilai Aw tinggi. Pada nilai dekat dengan tingkat pertumbuhan minimum sudah tentu tingkat istirahatnya diperpanjang. Populasi yang hidup dapat diturunkan sebanyak 90% atau lebih sebelum perkembangbiakan dimulai, dan mungkin diperlukan waktu yang cukup lama untuk mencapai kembali jumlah seperti saat inokulasi dilakukan.

Diantara jenis bakteri akan ditemukan perbedaan keterkaitan antara air dan tingkat istirahat masa pertubuhannya. Dalam beberapa hal, tingkat istirahat kelihatannya lebih panjang setelah nilai Aw segera diturunkan dibawah nilai optimum untuk berkembang biak.

Pertumbuhan Clostridium perfringens ditemukan pada nilai Aw minimum yaitu 0,95 0,97 bila media pertumbuhan ditambah gliserol. Pertumbuhan spora bakteri ini akan dihambat apabila nilai Aw dikendalikan dengan menambahkan NaCl dan CaCl, agak terhambat bila yang ditambahkan adalah glukosa dan sorbotol; serta hanya sedikit sekali terhambat bila hanya ditambah glisero, etilen, glikol, asetanid dan urea.

Lain halnya dengan bakteri halofilik, yang pada umumnya bakteri ini dapat tumbuh dengan baik pada konsentrasi garam tinggi, dan jadi tumbuh pada nilai Aw rendah, dan jenis bakteri ini tidak mungkin tumbuh pada nilai Aw tinggi. Nilai Aw rendah yang dibutuhkan untuk pertumbuhan bakteri halofilik harus diperoleh melalui penambahan garam-garam inorganic dengan kandungan utamanya NaCl. Bakteri halofilik yang terkelompok dalam jenis moderat membutuhkan 0,2 0,5 M NaCl untuk partumbuhan, dan tumbuh optimal kira-kira pada pada 1,0 M NaCl. Konsentrasi ini kurang lebih setara denga nilai Aw 0,99; 0,96 dan 0,85. Bakteri halofilik yang ekstrem dapat tumbuh pada konsentrasi 4,0 M NaCl (nilai Aw 0,83), dan umumnya tumbuh pada konsentrasi 3,0 M NaCl (nilai Aw 0,88) sampai larutan jenuh NaCl (nilai Aw 0,75). Bagi bakteri halofilik yang bersifat moderat 80 90% NaCl yang dibutuhkan dapat diganti sekitar 60 70%.

Kebanyakan bakteri gram negatif dapat dihambat perkembangbiakannya pada nilai Aw lebih rendah dari 0,95; seperti halnya bakterijenis Bacillus dan Clostridium serta sebagian pertumbuhan spora juga terhambat. Beberapa bakteri gram positif yang dibutuhkan untuk fermentasi daging seperti jenis Lactobacillus, Pediococcus atau Micrococcus cukup tahan terhadap nilai Aw rendah. Sudah tentu jinis bakteri yang sudah mengalami adaptasi, misalnya bakteri pada larutan, kurang dapat tumbuh pada nilai Aw dimana bakteri sejenis yang umum akan terhambat pertumbuhannya.

Bakteri penyebab dari keracunan pada daging seperti Shigelladapat dihambat pertumbuhannya pada nilai Aw 0,96; sedang Salmonella, Esherichia dan Vibrio baru dapat dihambat pertumbuhannya apabila nilai Aw di bawah 0,95. Nilai terendah Aw, dimana jenis jenis bakteri Staphylococcus aureus di bawah kondisi anaerobik dapat tumbuh, adalah 0,91; sedangkan pada kondisi aerobik di bawah 0,86; produksi toksin bakteri ini akan terhenti bila nilai Aw substratnya mencapai 0,94.

Nilai Aw maksimum yang diperlukan untuk menghambat pertumbuhan Staphylococcus aureus dalam sistem adorpsi adalah diatas 0,88; sedang dalam sistem desorpsi adalah dibawah 0,88. Pada nilai Aw yang sama, ditemukan tingkat kematian mikroorganisme ini dalam sample yang dipersiapkan secara adsorpsi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan yang dalam sampel yang dipersiapkan secara desorpsi. Jika produksi enterotoksin terjadi sebelum proses selesai, maka penurunan nilai Aw sampai 0,86 tidak menjamin keamanan pangan tersebut.

Oleh karena bahan pangan setengah basah selalu dibuat pada nilai Aw yang cukup tinggi guna mendapatkan palatabilitas secara optimum, maka masalah yang dihadapi adalah pertumbuhan Staphylococcus aureus. Hal itu disebabkan mikroorganisme gram positif ini lebih tahan terhadap tekanan dari nilai Aw rendah daripada mikroorganisme pembusuk lainnya.

Khamir

Sebagaimana yang diuraikan terdahulu, khamir lebih tahan terhadap penurunan nilai Aw dibandingkan dengan bakteri. Jenis khamir yang biasanya di temukan tumbuh pada nilai Aw tinggi adalah jenis khamir yang dipakai untuk menghasilkan alkohol dan dapat berkembangbiak walau nilai Aw mendekati 0,90.

Kebanyakan khamir osmofilik (Saccharomyces roxii) dapat tumbuh pada nilai Aw minimal 0,62 dalam sirup fruktosa, dan diantara jenis lainnya yang tahan terhadap garam, serta memainkan peranan penting pematangan kedelai yang dihancurkan. Pertumbuhan dapat terjadi pada nilai Aw mendekati 0,81. Jenis Saccharomyces, Pichia, Debaromyces, Torulopsis dan Hansennula terdapat diantara jenis-jenis yang umum dijumpai pada bahan-bahan pangan dengan kadar garam tinggi. Pada substrat dengan kandungan NaCl jenis (Aw = 0,75) tidak ditemukan adanya khamir.

Pada bahan pangan setengah basah jenis khamir yang mencemari jenis khamir osmofilik. Pencemaran ini berasal dari kontak langsung dengan bahan pangan yang telah tercemar atau peralatan yang dipakai kurang bersih.

Semua jenis khamir osmofilik dapat memanfaatkangula-gula sederhana sebagai sumber karbon, sedangkan beberapa jenis dapat mengubah asam organik, seperti asam laktat dan asetat, walau beberapa jenis juga dapat dapat menghidrolisis pati. Berbagai jenis khamir dapat tumbuh pada bahan pangan yang mengandung gula cukup banyak (65 70% berat/berat), dan hanya saccharomyces rouxii yang dapat tumbuh pada bahan pangan yang mengandung garam cukup banyak.Dalam penelitian dengan menggunakan campuram langsung (direct mix = DM) dan sistem yang dikeringbekukan kemudian direhidrasi(freeze dried rehumidified = FDR) ditemukan adanya Candida cypolitika tumbuh pada nilai Aw 0,92 dalam sampel DM, tapi akan mati lebih rendah dalam beberapa minggu.batasan nilai Aw lebih rendah dalam beberapa minggu. Batasan nilai Aw bagi pertumbuhan mikroorganisme dalam sistem model.

Kapang

Beberapa jenis kapang seperti Mukor, Neuruspora dan Rhizopus yang tumbuh cepat pada bahan pangan yang berkadar air tinggi, tidak menjadi masalah bila nilai bahan pangan tersbut biturunkan jauh dibawah 0,90. Hanya jenis xerofilik yang dapat tumbuh pada nilai Aw dibawah 0,85.

Kapang merupakan mikroorganisme yang yang tahan terhadap nilai Aw rendah pada suhu dekat pertumbuhan optimum. Sebagai contoh Aspergillus rubber, pertumbuhanya dapat terjadi pada suhu 5* C nilai Aw 0,85, pada suhu 10* C nilai Aw 0,80; pada suhu 30* C nilai Aw 0,725; pada suhu 35* C nilai Aw 0,80.

Sebagaimana suhu, pH juga merupakan factor yang berpengaruh terhadap nilai Aw minimal di mana mikroorganisme dapat tumbuh. Pada nilai Aw terendah pertumbuhan Clostridium botulinum tipe B ditemukan pada nilai pH 6,0; 7,0 dan 8,0; sedang untuk pH optimum adalah 5,0. Saccharomyces cerevisae dapat tumbuh pada semua nilai pH 3,0 - 7,5 dengan kandungan garam sebanyak antara 0 sampai 1,0 M NaCl.Pengendalian nilai Aw yang akan mempengaruhi larutan dan pertumbuhan mikroorganisme diduga akan mempengaruhi fungsi tersedianya pelarut, air, dan bukanya terhadap sifat alami zat-zat yang yang dilarutkan. Jenis khamir nonosmofilik, Saccharomyces cerevisae, tumbuh pada nilai Aw 0,90 0.91 dalam media yang mengandung sakarosa. Dalam teori histeristis ditunjukkan bahwa nilai Aw dapat diturunkan, bukan saja karena hidrasi molekul zat yang dilarutkan, tetapi juga oleh adanya interaksi dengan bahan padat. Interaksi terpenting dalam hal ini adalah pengaruh kapiler. Hasil penelitian beberapa pakar menunjukkan bahwa tingkat nilai bahan pangan yang diproduksi secara desorpsi, mikroorganisme memperoleh seperti yg diinokulasi kedalam media dengan nilai Aw yang sama,pertumbuhan mikroorganisme pada dapat Aw yang jauh lebih tinggi.

F. SORPSI KADAR AIR ISOTERMIS

Hubungan besarnya Aw dan kadar air dalam bahan pangan pada suhu tertentu digambarkan seperti pada gambar 2.1. bentuk khas kurva sorpsi kadar air isotermis tergantung pada cara tercapainya kadar air maupun aktivitas air bahan pangan tersebut, apakah dicapai dengan desorpsi atau adsorpsi.

Pengolahan bahan pangan secara desorpsi yaitu bila dimulai dengan kadar air yang tertinggi, dimana pada akhir proses bahan pangan mencapai kadar air dan aktivitas air yang diharapkan. Sedang pada proses adsorpsi adalah sebaliknya.

Kurva diatas menunjukkan bahwa bahan pangan yang mempunyai nilai Aw yang sama dapat mempunyai kadar air yang berbeda. Daerah A mempunyai nilai Aw dibawah 0,20 (ERH = 20 %) sedang daerah B mempunyai nilai Aw antara 0,20 sampai 0,60, dan daerah C mempunyai nilai Aw diatas 0,60. ditinjau dari aspek keterkaitan air maka di daerah A, air terdapat dalam bentuk satu lapis (monolayer), dengan molekul air terikat sangat erat. Kadar air bahan pangan didaerah A ini berkisar antara 5 % - 10 %. Didaerah tersebut air sulit sekali diuapkan. Didaerah B air terikat kurang erat dan merupakan lapisan-lapisan. Air yang terdapat didaerah ini berperan sebagai pelarut, oleh karena itu aktivitas enzim dan pencoklatan nonenzimatis dapat terjadi. Daerah C disebut juga sebagai daerah kondensasi kapiler. Didaerah ini terkondebsasi pada struktur bahan pangan hingga kelarutan komponen menjadi lebih sempurna. Keadaan dimana air dalam kondisi bebas ini dapat membantu proses kerusakan.

Sorpsi kadar air isotermis merupakan kurva yang sangat penting dalam mempelajari hubungan antar kadar air dan aktivitas air. Banyak pakar menyatakan bahwa kurva ini sangat sesuai untuk mempelajari sifat-sifat air dalam bahan pangan.

Lemak padat yang dicampurkan ke dalam daging sapi menyerap sedikit sekali uap air pada suhu 30 C, dan produk-produk tersebut mempunyai kelembapan yang berbeda-beda. Absorpsi ini karena nilainya kecil sekali dapat diabaikan bila dibandingkan dengan uap air yang diabsorpsi oleh komponen produk bukan lemak. Hal ini menunjukkan bahwa lemak tidak banyak pengaruhnya terhadap tekanan uap air dari bahan pangan. penemuan lainnya menunjukkan bahwa sayatan daging babi yang dikeringbekukan (freeze dried) dan mengandung lemak 10 %, 50 % dan 60 % mempunyai kadar air lebih banyak pada produk dengan kadar lemak terendah pada nilai Aw yang konstan. Keadaan ini menunjukkan bahwa kadar air dan Aw tidak dipengaruhi oleh kadar lemak yang dikandungnya.

Adsorpsi isotermis sangat dipengaruhi oleh suhu pada saat pengeringan dan makin tinggi suhu pengeringan, makin rendah kemampuan menyerap air. Selanjutnya ditemukan bahwa pemanasan pada suhu 65 C, 80 C dan 95 C menunjukkan bahwa makin tinggi suhu pemanasan, kemampuan sorpsi semakin turun (Gambar 2.2).

Keadaan di atas juga telihat pada Gambar 2.3, di mana peningkatan suhu pengolahan akan menurunkan kemampuan menahan air (water holding capacity) yang mungkin disebabkan oleh perubahan-perubahan akibat pemanasan yang tidak dapat kemballi lagi.

Secara umum bentuk kurva sorpsi kadar air isotermis bahan pangan kering adalah sigmoid (S), dengan alur kurva desorpsi dan adsorpsi berbeda. Perbedaan antara kedua kurva ini disebut histeresis.

Beberapa bahan pangan yang menunjukkan sorpsi histeresis yang menggambarkan nilai Aw yang berbeda, dapat diperoleh pada pengukuran bahan pangan dengan kadar air yang sama, dan hal ini tergantung bagaimana cara tercapainya kadar air tersebut. Telah ditemukan bahwa komposisi bahan pangan, suhu isotermis dan kondisi selama penyimpanan sangat berpengaruh pada sorpsi histeresis bahan pangan tersebut. Pengaruh kenaikan suhu dilaporkan menurunkan jumlah atau besarnya histeresis, dan membatasi keberadaannya sepanjang kurva sorpsi kadar air isotermis.

Pengaruh komposisi bahan pangan telah ditunjukkan oleh apel kering (Gambar 2.4) dengan kandungan tinggi pectin dan gula yang menyebabkan histeresis banyak terjadi di daerah monomolekuler. Pada nilai Aw 0,65 tidak terlihat adanya histeresis, hal ini menunjukkan bahwa kondensasi air yang terjadi di permukaan bebas sifat kapiler berkaitan dengan pengaruh larutan.

Pada daging babi yang dikeringbekukan dan mengandung protein dalam jumlah tinggi, histeresis dimulai di daerah kondensasi kapiler, yaitu pada nilai Aw kira-kira 0,85. Histeresis total berukuran sedang dan tersebar merata sepanjang kurva isotermis, keuali pada nilai Aw sekitar 0,15 terlihat sedikit lebih besar (Gambar 2.5).

Kedua kurva adalah sigmoid yang merupakan cirri khas kurva isotermis protein. Lain halnya dengan kurva sorpsi isotermis beras seperti terlihat pada Gambar 2.6. dengan jumlah total hiteresis cukup besar dan mencapai maksimum pada nilai Aw sekitar 0,65 yaitu pada daerah kondensasi kapiler. Struktur kapiler permukaan ditinjukkan oleh tertinggalnya air selama proses desorpsi, dan saat kurva desorpsi memasuki daerah berlapis banyak (multilayer) air akan terikat oleh bagian sorpsi yang tersedia akibat hubungan langsung dengan tekanan uap air yang cukup tinggi.

Pada bahan seperti dendeng terlihat bahwa bumbu-bumbu termasuk gula kelapa dan garam membantu menurunkan nilai Aw produk tersebut. Hal ini ditunjukkan oleh nilai Aw dendeng yang lebih rendah dibandingkan dengan nilai Aw daging yang dikeringkan dengan bantuan alat pengering buatan pada suhu 30 C selama 4,5 jam dan pada suhu 70 C selama 3 jam. Nilai Aw dalam Gambar 2.7. ditunjukkan sebagai nilai ERH daging mentah yang dikeringkan. Perbedaan ini disebabkan karena penambahan bahan padat pelarut pada pembuatan dendeng, dan konsentrasi bahan padatan ini akan meningkat saat produk tersebut dikeringkan. Oleh karena itu penurunan nilai ERH oleh penambahan bahan padatan terlarut ini merupakan factor penting dalam meningkatkan daya awet dendeng. Misalnya pada kadar air konstan 30 % (Gambar 2.7) dendeng mempunyai nilai ERH antara 74 %-76 %, sedang daging mentah yang dikeringkan mempunyai nilai ERH sekitar 90% - 92%.

Bahan pangan yang diolah dengan mengikuti kurva isotermis desorpsi biasanya mempunyai kadar air yang lebih besar daripada yang disiapkan untuk mengikuti kurva isotermis adsorpsi pada nilai Aw yang sama. Pada umumnya tipe isotermis berubah0ubah menurut sifat adsorpsi dan desorpsi yang tergantung pada bentuk awal dari bahan penyerapan (amorfus atau kristal), transisi yang berlangsung selama adsorpsi, nilai Aw akhir titk adsorpsi dan tingkatan desorpsi.

Sehubungan dengan nilai Aw akhir titik adsorpsidan tingkatan desorpsi apabila titik kejenuhan dicapai, dan bahan berubah menjadi larutan, maka bentuk armofusdapat dipertahankan dengan desorpsi yang cepat terjadi karena kejenuhan yang berlebihan.

Berdasarkan struktur bahan penyerap, sorpsi histeresis dapat digolongkan sebagai berikut :

1. Histeresis bahan padat berpori-pori. Dalam kelompok ini dasar teorinya adalah kondensasi pada kapiler.

2. Histeresis pada bahan padat yang tidak berpori-pori. Dalam hal ini dasar teorinya sebagian pada sorpsi khemis, ketidakmurnian pada permukaan atau perubahan fase.

3. histeresis pada bahan padat yang tidak kaku (non-rigid). Teori yang mendasari adalah perubahan struktur, karena perubahan itu menghambat penembusan keluarnya bahan adsorben.

Histeresis dari kurva sorpsi isotermis suatu produk kering dapat digunakan sebagai pedoman kerusakan mutu. Sebagaimana yang diuraikan, sorpsi kadar air tergantung beberapa factor. Di antaranya komposisi kimia, keadaan kimia-fisik komponen, misalnya tingkat kerusakan atau ikatan silang (cross linking) dan struktur fisik.

PAGE 20