Upload
eko-deswanto
View
120
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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