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
Top Related