air bhn pangan analisa gizi (2)

Oleh : Indah Kusumaningrum, STP, MSi

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi

1

• 30 % daratan• 70 % lautan

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 3

Ikatan kovalenKestabilan yang Tinggi

Struktur Molekul Air

SIFAT KIMIA AIR

Tiga Dimensi :Ikatan hidrogen antara molekul air membentuk tetrahedron

AIR Air → sangat penting bagi kehidupan MH→ komp. Ptg dlm bhn makananan,

mempengaruhi :1. penampakan2. tekstur3. cita rasa

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 9

Gambar 1. Pembentukan molekul air (a) dua atom Hidrogen dan sebuah atom oksigen; (b) molekul air, setiap elekron hidrogen saling memanfaatkan

(sharing) sepasang elektron dengan oksigen ;

(c) Terjadi dua kutub positif dan negatif (dipol) (Davis dan Day, 1961)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi

10

Gambar 2 (a) Dua molekul air membentuk i k. Sekitar 105 o

(wyssling dan Muhlethaler, 1965)

(b) Orientasi muatan air pada bentuk tetrahedron (Fennema dan powrie, 1964)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 11

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

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 12

REAKSI AIR DENGAN BAHAN NON POLAR

Air menjadi Uap→ air mendidih (100oC) pada permukaan laut, tekanan barometer 760 mmHg→ Dlm keadaan uap, molekul-molekul air mjd bebas satu sama lain

Larutan dalam Air Air berfungsi :→ bhn dpt mendispersikan bbg seny. yg ada dlm bhn pangan → pelarut ; melarutkan bbg bhn spt : garam, vitamin lart. Air, mineral dan seny. Cita rasa spt yg terkandung dlm teh dan kopi

Lart air dpt digolongkan :1. ionik2. molekuler

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 13

Untuk lebih jelas mekanisme pembentukan larutan garam dapat dilihat pada gambar 5

Gambar 5. Molekul polar air melemahkan ikatan ionik garam NaCl sehingga terlarut sebagai ion-ion terhidrasi

(Metcalfe et al, 1962)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 14

Kandungan air dlm bhn makanan menentukan :1. Acceptability2. Kesegaran3. Daya tahan bhn tsb

Tubuh manusia 65 % air ( 47 lt)Keb air perhari 2,5 liter

1,5 lt → air minum 1 lt → bahan makanan yg dikonsumsi

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 15

SIFAT FISIK AIR

3 jenis air yang terikat secara fisik dalam bahan pangan

1. Air kapilerair ini terikat dlm rongga-2 jaringan kapiler yang halus dr bhn pangan

2. Air terlarutair ini terdapat dlm bhn padat, dan seakan-akan larut dlm bhn tersebutco : gula dan garam

3. Air adsorpsiair yg terikat pada permukaan, jumlahnya dipengaruhi oleh Kelembaban dan suhu lingkungan.

NB : Tugas cari gambar jenis-jenis air dalam bahan pangan.

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 16

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 17

Ikatan Hidrogen

Struktur Es

SIFAT KIMIA AIR

Air (H2O):1 atom Oksigen 2 atom Hidrogen ik. KovalenIkatan yang sgt kuat

, dpt dipecah o/ energi listrik or zat kimia mis : logam kalium

Ikatan Kovalen dan Ikatan Antar molekul Air

2 atom Hidrogen vs 1 atom oksigen ← ik. Kovalen

Ik. Kovalen (dasar sif. Air) air sbg pelarutEnergi : 110.2 kkal per mol

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 18

SIFAT KIMIA AIR

Air yang terikat sec. kimia1.Air Kristal

air yg terikat sbg molekul-2 dalam btk H2O, dijumpai dlm eksikator pengeringan

2.Air Konstitusiair yg merupakan bag. dr molekul seny. Padatan tt, dan bukan dlm btk H2O

Co :pembentukan karamel → pemanasan guladenaturasi protein → pemanasan protein

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 19

Air dalam bahan Makanan (air terikat)

Air dalam bahan pangan dapat di bagi mjd 4 tipe:

Tipe I.molekul air yg terikat pada molekul-molekul lain

melalui suatu ik. Hidrogen berenergi tinggi spt : KH, protein atau garam

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 20

Tipe II, yaitu molekul-molekul air membentuk ik. Hidrogen dgn molekul air

lain

Penghilangan air→ ↓ aw (water activity) Kerusakan bahan pangan (rk. Browning, hidrolisis atau oksidasi

lemak dikurangi) Ka 3 - 7 % (kestabilan optimum bahan makanan akan tercapai)

Tipe III ( air bebas) , Air yg sec. fisik terikat dalam jaringan matriks bahan seperti

membran, kapiler, serat dan lain-lain

Mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mo dan media bg rk-2 kimia. Ka optimum 12-25 % dan aw (water activity) 0,8

Tipe IV (air murni)Air yg tidak terikat dalam jaringan suatu bahan , dgn sifat-sifat air

biasa dan keaktifan penuh

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 21

Kdr. air BP → mempengaruhi daya tahan bahan pangan terhadap serangan mikroba yng dinyatakan dengan Aw , yi : jumlah air bebas yg dapat digunakan oleh mo. Untuk pertumbuhannnya.

Berbagai mo. Mempunyai Aw min. agar dpt tumbuh dgn baik, mis : bakteri (0,90) ; khamir (0,8 – 0,9) ; kapang ( 0,6-0,7)

Hub. Antara aw dgn kandungan air per gram suatu bahan makanan terlihat pada Gambar 6.(grafik isoterm sopsi air)

NB: Cari Kurva hubungan water activity dengan kerusakan pangan

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 22

23

Aktivitas Air (aW)

Hubungan aW Dengan Keawetan Bahan Pangan

Daerah I Daerah II Daerah III

Aktivitas 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

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 24

Aktivitas air (aW) dan pertumbuhan mikroorganisme dalam bahan pangan

Kisaran aW Mikroba yang mungkin tumbuh

Jenis Bahan Pangan

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

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 25

Aktivitas air (aW) dan pertumbuhan mikroorganisme dalam bahan pangan

Kisaran aW Mikroba yang mungkin tumbuh

Jenis Bahan Pangan

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%)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 26

PENENTUAN KADAR AIR

Cara Fisik : Mengeringkan bahan dalam oven 105 – 110 oC selama

3 jam (berat konstan)

1. U/ Bahan-2 tdk tahan panas , spt kd. Gula , minyak, daging,kecap dll pemanasan dpt dilak. Dgn oven vakum dgn suhu lbh rendah

2. Tanpa pemanasan, bhn dimasukkan dlm eksikator dgn H2SO4 pekat sbg pengering, hingga berat konstan

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 27

PENENTUAN KADAR AIR Secara Fisik

3. Bahan Ka dan mengandung senyawa-2 mudah menguap (volatile) spt sayuran dan susu → destilasi dgn pelarut tt (toluen, xilol dan heptana)

4. Bahan Kd. Gula → refraktometer

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 28

Metode Pengujian Kadar Air

1. U/ Bahan-2 tdk tahan panas , spt kd. Gula , minyak, daging,kecap dll pemanasan dpt dilak. Dgn oven vakum dgn suhu lbh rendah

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 29

Kadar Air (AOAC 1995)Sampel sebanyak 2 gram ditimbang dalam

cawan porselen yang telaah dikeringkan pada suhu 105 oC selama 1 jam.

Cawan porselen yang berisi contoh kemudian dimasukkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 4 jam. Jika I1 adalah bobot contoh dan I2 adalah bobot contoh setelah dikeringkan, maka :

% Kadar air = (I1-I2)/berat Sampel x 100%

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 30

Metode Pengujian Kadar Air

2. Tanpa pemanasan, bhn dimasukkan dlm eksikator dgn H2SO4 pekat sbg pengering, hg berat konstan

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 31

Metode Pengujian Kadar Air3. Bahan Ka dan mengandung senyawa-2 mudah menguap

(volatile) spt sayuran dan susu → destilasi dgn pelarut tt (toluen, xilol dan heptana)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 32

Metode Pengujian Kadar Air

4. Bahan Kd. Gula → refraktometer

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 33

Cara Kimia

1. Mc. Neil . Mengukur Kadar Air → volume gas asetilen (rk. Kalsium karbida vs bahan yang akan dianalisis).Co : sabun, tepung, kulit, bubuk biji panili, metega dan sari buah.

2. Karl Fischer (1935) → Reaksi Kimia air dengan titrasi langsung dari bahan basah dgn lart. Iodium, sulfur dioksida dan piridina dlm metanol. TAT : perubahan warna

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 34

Karl Fischer (1935)

Air Bahan Pangan ( Kuliah ke-2) , analisa Zat Gizi 35

Methods for the Determination of Water

Chromatography

Spectroscopy (IR, MS)Thermogravimetry / DSC

Balance with IR /Halogen / Microwave heater

Drying oven

Karl Fischer Titration

Coulometric KF Volumetric KF

Karl Fischer Titration: Why?Fast (e.g. 1...2 minutes)Selective for waterAccurate and precise (0.3% srel)Wide measuring range : ppm to %

Karl Fischer

Bunsen reaction: 2 H2O + SO2 + I2 = H2SO4 + 2 HI

Pyridine happened to be around in the Lab

German petrochemist,1901 – 1958

Publication:1935

KF TitrationKF Reaction

SO2 + RN + ROH ------> (RNH)SO3R

a sulfite compound

(RNH)SO3R + H2O + I2 + 2RN ------> (RNH)SO4R + 2(RNH)I a sulfate compound

SummaryH2O + 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 Karl Fischer TitrationIodine is added by burette during titration.

Water as a major component:100 ppm - 100 %

Coulometric Karl Fischer TitrationIodine is generated electrochemically during titration.

Water in trace amounts:1 ppm - 5 %

+-

Volumetric KF TitrationIodine is added by burette during titration.Water as a major component: 100 ppm - 100

%

Volumetric KF TitrationOne - component reagent

Titrant:I2 , SO2, imidazole, methanol and diethylene glycol monoethyleter

Solvent:Methanol

Two - component reagentTitrant:

I2 and Methanol

Solvent:SO2, Imidazole, Methanol

-> fast reaction, chemically stable, higher cost

Volumetric KF ReagentsTitrant Concentration

1-2-5 mg H2O/mL

Titer stability

-----> Check by Standardization Standardization materials

Water 100%Sodium tartrate 15.66%

Standard solution 5 mg/mL

Water Standard 1% (10 mg/g)

Air humidity:

0.5 - 3 mg water / 10 mL air

Air Humidity

Conditioning of the titration stand

Well sealed titration cell

Tropical countries: Air conditioning

Protect titration stand, titrant and solvent from ingress of water.

Drift determination

Automatic drift compensation in the result calculation.

The titration stand is not 100 % tight against air humidity.

Drift determination

The drift is the amount of water entering into the titration stand per minute.

1 - 20 µg H20 / minute

Volumetric Karl Fischer Titration

Titrant: 5 mg H20/mLResolution: 2.5 µg H20/stepDetection limit: 125 µg H20For 5 g sample: 25 ppm

Resolution of burette: 10,000 stepsDetection limit : 50 x Resolution

Burette size: 5 mL

Titrant: 2 mg H20/mLResolution: 1 µg H20/stepDetection limit: 50 µg H20For 5 g sample: 10 ppm

Resolution and Detection Limit

Coulometric KF TitrationIodine is generated electrochemically

during titrationWater in trace amounts: 1 ppm - 5 %

-+

Anolyte(sulfur dioxide, imidazole, iodide, different solvent for different application - methanol, ethanol with chloroform, octanol, ethyleneglycol )

Double platinum pin electrode

Catholyte(similar or

modified solution)

Generator electrode

Diaphragm

AnodeCathode+–

Coulometric KF TitrationTitration cell and reagents

Coulometric KF TitrationSame reaction as volumetric KF Titration

but Iodine is produced just in time from iodide

+–

H+

-

H

I--

I2 I- I2 + 2 e-

AnodeIodine production by oxidation

Side reaction:Reduction of sulfur components.After 1 - 2 weeks, smells like mercaptansChange catholyte every week!

H2 2 H+ + 2 e-

Cathode