Peranan a w dalam Pendugaan dan Pengendalian Umur Simpan

(1)

Peranan a _w dalam Pendugaan dan

Pengendalian Umur Simpan

Purwiyatno Hariyadi

phariyadi.staff.ipb.ac.id

(2)

Purwiyatno Hariyadi [email protected]

Pangan sensitif thd perubahan air?

• Migrasi uap air ke/dari bahan pangan  menyebabkan perubahan “yang tidak dikehendaki”

• Pangan kering  kehilangan karakter “kering” jika menyerap air berlebih

• Pangan segar  kehilangan “kesegaran” jika kehilangan air berlebih

FOKUS :

Pangan Sensitif Thd Perubahan Aktivitas Air

(3)

Pangan sensitif thd perubahan air?

• Migrasi uap air ke/dari bahan pangan

• Sensitivitas thd air?  dikarakterisasi dengan

 Aktivitas air (a_w)

 Hub antara a_w dan kadar air  Kurva Isotermi Sorpsi Air/Moisture Sorption Isotherm

 Kadar air kritis (critical mositure content, CMC):

 kadar air maksimum (atau minimum) yang masih mempertahankan karakter/mutu produk

 kadar air diatas (atau dibawah) CMC  akan menyebabkan produk ditolak  kadaluarsa.

FOKUS :

(4)

CONTOH Biskuit

• Sensitif terhadap perubahan kadar air

• Mempunyai karakteristik k.a. kritis :

k.a. produk (maksimum) dimana mutu produk masih diterima.

• Biskuit (kadar air 2%) – renyah

• k.a. 4,5% Kadar air kritis

• k.a. 6,5% Ka > Ka kritis

• k.a. 10% lembek & berjamur

FOKUS :

(5)

Interaksi antara bahan pangan, pengemas dan lingkungan selama penyimpanan

(6)

Interaksi antara bahan pangan, pengemas dan lingkungan selama penyimpanan  umur simpan

Peranan a_w

?

(7)

Aktivitas Air (a w)

Aktivitas air (a_w) memegang peranan penting dalam keawetan pangan

Interaksi antara bahan pangan, pengemas dan lingkungan selama penyimpanan  umur simpan

Peranan a_w

?

(8)

Aktivitas Air (a_w)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.0

Reaksi hidrolisis Oksidasi lemak

Reaksi non- enzimatis browning

Laju (Relatif)

Interaksi antara bahan pangan, pengemas dan lingkungan selama penyimpanan  umur simpan  Peta Keawetan Pangan

Peranan a_w

?

(9)

Karakteristik Produk:

 kadar air awal

 kadar air kritis

 Isotermi Sorpsi Air/ISA (moisture sorption isotherm, MSI)

Karakteristik Pengemas:

 Disain/bentuk pengemas

 Water Vapor Transmission Rate

Interaksi antara bahan pangan, pengemas dan lingkungan selama penyimpanan  umur simpan  faktor2 berpengaruh

Produk dalam kemasan :

 Ukuran Produk

 Ukuran pengemas

Kondisi penyimpanan/

distribusi:

 Suhu & Kelembaban Masa

Simpan

?

Peranan a_w

?

(10)

• ISA: kurva hubungan antara RH udara penyimpanan dan kadar air kesetimbangan (m_e) yang diperoleh jika produk selama penyimpanan

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA

(11)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA 

dipengaruhi Suhu

Roos, Y.H. 2001. Water Activity and Plasticization

Perlu kontrol suhu dalam

melakukan percobaan penentuan ISA

(12)

Nilai aw Berbagai Larutan Garam Jenuh

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA 

konstruksi ISA

Perlu kontrol suhu dalam

melakukan percobaan penentuan ISA

(13)

Simpan produk pada berbagai kondisi RH penyimpanan yang berbeda-beda.

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA 

konstruksi ISA

(14)

Buat kurva kenaikan kadar air  menuju ke kadar air kesetimbangan (m_e)

(selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA 

konstruksi ISA

(15)

Tipe 1 Tipe 2

Tipe 3

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA 

konstruksi ISA

1

2

3

Kurva ISA Umum :

(16)

 Perubahan Tekstur

• Produk sereal menjadi lembek :

• Kehilangan kerenyahan (crispness, crunchiness)

 a_w > 0.4

• Pertahankan  a_w < 0.4

• Potongan buah menjadi keras

• Kehilangan “keempukan” (softness, chewiness)

 a_w < 0.5-0.6

• Pertahankan  a_w > 0.5-0.6

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  CMC

Penentuan Kadar air kritis (critical moisture content/CMC) ^: Perubahan mutu (secara subjektif maupun secara objektif)

dikaitkan dengan perubahan kadar air produk

(17)

Sensory Crispness intensity of Saltine crackers as a function of aw

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  CMC

(18)

CMC?

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  CMC

(19)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  CMC

Produk

Anda?

(20)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  CMC

Produk

Anda?

(21)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

Tipe 1 Tipe 2

Tipe 3 Laju Perubahan Kadar air

(22)

• Oswin model

• Henderson models

• BET model

• GAB model

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  karakterisasi

Karakter ISA  hub antara a_wdan kadar air (m_e) .. (1)

(23)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  karakterisasi

• Zone 3: Unbound water (air bebas)

• Zone 2: Intermediately bound water (air terikat lemah, diatas monolayer).

• Zone 1: Tightly bound water (air terikat

kuat)  untuk menguranginya memerlukan energy yang besar

Zone 1

Zone2 1

Zone 3

(24)

c a

b

m  .

_w



(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  karakterisasi

Zone 1

Zone2 1

Zone 3

Air pada Zone 2 :

m =kadar air (g H₂O/g padatan), a_w = aktivitas air,

b = kemiringan kurva

(laju perubahan kadar air), dan c = konstanta (titik potong pd sb y).

(25)

Tipe 1 b1, c1 Tipe 2  b2, c2

Tipe 3  b3, c3

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  karakterisasi

1

2

3

Air pada Zone 2 :

m =kadar air (g H₂O/g padatan), a_w = aktivitas air,

b = kemiringan kurva

(laju perubahan kadar air), dan c = konstanta (titik potong pd sb y).

c a

b

m  .

_w



(26)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

t = waktu penyimpanan

P/x = permeabilitas kemasan (g H₂O/m²/hari/mmHg) A = luas are kemasan (m²)

W_s = berat padatan (kering) produk P₀ = tekanan uap air murni (mmHg) b = laju perubahan kadar air

Laju Perubahan Kadar air  untuk kasus kehilangan air

m_e = kadar air kesetimbangan (g H₂O/g padatan kering) m_i = kadar air awal (g H₂O/g padatan kering)

m = kadar air pada waktu t (g H₂O/g padatan kering)

(27)

m_e = kadar air kesetimbangan (g H₂O/g padatan kering) m_i = kadar air awal (g H₂O/g padatan kering)

m = kadar air pada waktu t (g H₂O/g padatan kering)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

t = waktu penyimpanan

P/x = permeabilitas kemasan (g H₂O/m²/hari/mmHg) A = luas are kemasan (m²)

W_s = berat padatan (kering) produk P₀ = tekanan uap air murni (mmHg) b = laju perubahan kadar air

Laju Perubahan Kadar air  untuk kasus penambahan air

(28)

Untuk mempercepat  lakukan percobaan pada RH tinggi (90- 92%) dan suhu tinggi (38^oC)

 Lakukan penentukan waktu paruh (t_1/2); waktu yang diperlukan untuk mencapai

(m_e-m_i)/(m_e-m) = 2;

Log 2 = Kt_1/2 Atau

K = (log 2)/t_1/2

Laju Perubahan Kadar air = f(RH, T)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

(29)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

Laju Perubahan Kadar air = f(RH, T)

Slope =

- (log 2)/T_1/2

log (M -Me )

Lama penyimpanan

(30)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

Laju Perubahan Kadar air = f(RH, T) 

Slope =

- (log 2)/T_1/2

Lama penyimpanan

log (M -Me )

masa kadaluarsa berakhir pada

CMC (m_cc) :

t_sL = Umur simpan

(31)

(1) Pendugaan Umur Simpan  ISA  laju D k.a.

Laju Perubahan Kadar air = f(RH, T)  accelerated test

(32)

Kadar air awal Kadar air kritis

Kadar Air (basis kering)

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

(33)

Jumlah air;

yang jika diserap oleh produk, maka produk yang akan menyebabkan produk tsb ditolak (sampai pada masa kadaluarsanya)

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

(34)

Perlu Perlindungan :

Peranan kemasan untuk menahan transmisi uap air

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

(35)

Tingkat perlindungan yang diperlukan oleh beberapa produk pangan [Asumsi umur simpan = 1 tahun pada suhu 25°C (79°F)]^*)

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

*) Robertson, G. L. 1993. Food Packaging: Principles and. New York: Marcel Dekker Inc.

Jenis

Produk Pangan

Kadaluarsa jika

menyerap atau kehilangan air sebanyak:

Kopi instan kehilangan 2%

Makanan bayi kehilangan 3%

Jem/jelly kehilangan 3%

Makanan ringan kacang (nuts, snack) menyerap 3%

Buah kering (dried foods) menyerap 1%

Salad dressing menyerap 10%

Mentega kacang (peanut butter) menyerap 10%

(36)

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

*) Robertson, G. L. 1993.

Food Packaging: Principles and. New York: Marcel Dekker Inc.

(37)

Kembali ke pers Labuza (1984)

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

KENDALIKAN

 Jenis bahan pengemas

(Water Vapor Transmission Rate), P/x

 Ukuran Produk (W_s)

 Ukuran pengemas (A)

 Ruang penyimpanan (P_o)

(38)

Table. Water vapour transmission rates at 38^◦C and 95% RH.

(2) Pengendalian Umur Simpan  packaging

PILIH BAHAN

KEMASAN SESUAI

(39)

Labuza, T. P. 1974.

Storage stability and improvement

of intermediate moisture foods.

(3) ETC …

Ascorbic acid destruction as a function of a_w

at 35^oC

(40)

(3) ETC …

Riboflavin degradation at 37ºc in model systems as affected by Water Activity

(41)

(3) ETC …

Shelf life as a function of aw for aspartame in

reduced-mositeure solid system

at pH 5 and 30oC

(42)

Peranan a w dalam Pendugaan dan Pengendalian Umur Simpan