ISOTERM SORPSI AIR DARI TEPUNG KOMPOSIT GAPLEK DAN BIJI SAGA POHON

ISOTERM SORPSI AIR DARI TEPUNG KOMPOSIT GAPLEK DAN

BIJI SAGA POHON

Margareta Novian Cahyanti

1*

_{dan Alvama Pattiserlihun}

2

1_{Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana} 2_{Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya}

Wacana

Jl. Diponegoro Nomor 52-60 Salatiga, Indonesia

* Untuk korespondensi:Telp. 085743379165, e-mail: margareta2486@gmail.com

ABSTRAK

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan model isoterm sorpsi air dari tepung komposit yang terbuat dari gaplek dan biji saga pohon. Kelembapan relatif yang digunakan berkisar antar 10-99% dan suhu yang digunakan berkisar pada 298-318K. Isoterm sorpsi air yang diperoleh dimodelkan dengan tiga persamaan yaitu Guggenheim Anderson de Boer (GAB), Brunauer–Emmett–Teller (BET) dan Caurie. Ketepatan model dilihat berdasarkan nilai Mean Relative Determination MRD. Model GAB adalah model yang paling cocok untuk meng-gambarkan fenomena isoterm sorpsi air pada tepung komposit gaplek dan biji saga pohon.

Kata kunci: isoterm sorpsi air, tepung komposit, gaplek, biji saga pohon

ABSTRACT

The aim of this study was to determine the best water sorption isotherm models from composite flour made from cassava and red bead tree seed. Relative humidity used is 10-99% and temperature used is 298-318K. These isotherms have been evaluated using Guggenheim Anderson de Boer (GAB), Brunauer–Emmett–Teller (BET) and Caurie model. The best fit model chosen according to the Mean Relative Determination (MRD). The GAB model was found to be best fit.

Key word: Moisture sorption isotherm, composit flour, cassava, red bead tree seed,

PENDAHULUAN

Tepung komposit gaplek dan biji saga pohon merupakan tepung inovasi pangan lo-kal dengan modifikasi penambahan protein nabati dan fermentasi guna meningkatkan kandungan protein dan memperkaya kan-dungan asam amino. Pembuatan tepung ini menggunakan rasio tepung gaple: tepung biji saga pohon : ragi tempe yaitu sebesar 81,84 : 13,61 : 5 kemudian difermentasi selama

40,12 jam lalu dikeringkan dan dihaluskan [1]. Tepung komposit ini sebagai produk awetan singkong seperti halnya tepung tapi-oka mempunyai faktor penentu kualitas salah satunya kadar air tersisa. Setelah mengalami pengeringan kadar air tepung dapat berubah karena menyerap air dari udara [2].

Hubungan antara kadar air bahan dan kandungan air di sekitar bahan pada suhu yang sama dapat digambarkan dalam suatu kurva yaitu kurva isoterm sorpsi air [3]. Kurva

Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21

ini dapat digunakan untuk meramalkan peru-bahan-perubahan yang mungkin terjadi ter-hadap bahan pangan selama proses penyimpanan [4]. Untuk mendeskripsikan kurva ini telah banyak model yang dikem-bangkan antara lain Guggenheim Anderson de Boer (GAB), Brunauer–Emmett–Teller (BET) dan Caurie.

Berdasarkan latar belakang di atas maka tujuan dari penelitian ini untuk menen-tukan model isoterm sorpsi air dari tepung komposit yang terbuat dari gaplek dan biji saga pohon.

METODE PENELITIAN

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah singkong yang di-peroleh di pasar tradisional Salatiga, biji saga pohon yang diperoleh di daerah Salatiga, ragi tempe, aquades NaOH, MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl, dan KCl. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah drying cabinet, grinder, ayakan 61 mesh, inkubator, sorption container, dan moisture analyzer Ohaus BM 25.

Pembuatan Tepung Komposit Gaplek dan Biji Saga Pohon[1]

Singkong dikupas dan dicuci, selanjut-nya dipotong kecil-kecil dan direndam selama 1 malam dengan air garam 10%. Se-lanjutnya, singkong dikeringkan menggunakan drying cabinet pada suhu 50⁰C selama 2 hari.

Biji saga pohon dicuci lalu direndam 1 malam, kemudian direbus hingga kulitnya ter-buka (kurang lebih 2 jam). Kulit luar dan kulit ari biji saga pohon dibuang. Selanjutnya, bijji saga pohon dikeringkan dalam drying cabinet

selama 2 hari pada suhu 50⁰C. Setelah ker-ing, biji saga pohon dihaluskan menggunakan grinder.

Gaplek dikukus selama 30 menit kemudian didinginkan. Setelah dingin, gaplek ditambah 13,16% (b/b) tepung biji saga pohon sebagai sumber protein, kemudian diinokulasi dengan ragi tempe sebanyak 5% (b/b) dan difermentasi selama 40,12 jam. Gaplek terfortifikasi dikeringkan dengan drying cabinet selama 2 hari pada suhu 50⁰C. Setelah kering gaplek terfortifikasi dihaluskan dengan grinder kemudian diayak dengan ayakan 61 mesh.

Penentuan Kadar Air Kesetim-bangan [4] yang telah Dimodifikasi

Dalam penentuan kurva isoterm sorpsi air digunakan 7 jenis garam jenuh yaitu NaOH, MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl, dan KCl untuk membetuk RH tertentu. Sebanyak ± 5 gram sampel tepung diletak-kan dalam cawan kosong yang telah diketahui bobotnya. Cawan yang berisi sam-pel tersebut lalu diletakkan dalam sorption container pada suhu 25⁰C, 35⁰C, dan 45⁰C. Sampel cawan kemudian ditimbang botnya secara periodik sampai diperoleh bo-bot yang konstan yang berarti kadar air kesetimbangan telah tercapai.

Penentuan Kurva Isoterm Sorpsi Air Data hasil pengukuran RH diubah menjadi data aktivitas air dengan membagi nilai RH dengan 100. Data kadar air kesetim-bangan dan aktivitas air masing- masing sorption container diplotkan dengan aktivitas air digunakan sebagai sumbu x dan kadar air kesetimbangan sebagai sumbu y.

Persamaan BET yang digunakan ada-lah persamaan (1) 𝑎_𝑤 (1−𝑎𝑤) 𝑚= 1 𝑚𝑜+ ( 𝑐−1 𝑚𝑜𝑐) 𝑎𝑤………. (1) Ket : aw : aktivitas air

m : kadar air kesetimbangan (%bk) m0 : kadar air monolayer (%bk) c : konstanta

Persamaan GAB awal adalah persa-maan (2)

𝑚 = 𝑚𝑜𝑘𝑏𝑐𝑎𝑤

(1−𝑘𝑏𝑎𝑤)(1−𝑘𝑏𝑎𝑤 + 𝑐𝑘𝑏𝑎𝑤)………. (2) Ket :

aw : aktivitas air

m : kadar air kesetimbangan (%bk) m0 : kadar air monolayer (%bk) c, kb : konstanta

Penyusunan ulang persamaan terse-but dapat menghasilkan suatu bentuk persa-maan kuadrat y=ax2_{+bx+c dengan} 𝑎𝑤

𝑚

se-bagai sumbu y dan aw sese-bagai sumbu x. Persamaan Caurie menggunakan per-samaan (3) 𝑙𝑛1 𝑚= − ln(𝐶𝑚𝑜) + 2𝐶 𝑚𝑜𝑙𝑛 ( 1−𝑎𝑊 𝑎𝑤 )…………. (3) Ket : aw : aktivitas air

m : kadar air kesetimbangan (%bk) m0 : kadar air monolayer (%bk) C : konstanta Caurie

Penentuan Model Matematika yang Tepat Ketepatan model matematika diuji dengan nilai mean relative determination (MRD) yang dituliskan dalam persamaan (4)

𝑀𝑅𝐷 = 100 𝑛 ∑ | 𝑚_𝑖−𝑚_𝑝𝑖 𝑚_𝑖 | 𝑛 𝑖 ………. (4) Ket :

mi : kadar air hasil percobaan mpi : kadar air hasil perhitungan n : jumlah data

Jika nilai MRD<5 maka model dapat menggambarkan keadaan sebenarnya. Jika 5<MRD<10 maka model agak tepat meng-gambarkan keadaan sebenarnya dan jika MRD>10 maka model tersebut tidak tepat menggambarkan keadaan sebenarnya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kadar Air Kesetimbangan

Tepung komposit gaplek dan biji saga pohon merupakan produk yang higroskopis. Tepung ini dapat menyerap uap air dari ling-kungan sekitar pada kelembapan yang tinggi. Peristiwa ini terus berlangsung sampai kadar air dalam sampel setimbang degan kelembapan di lingkungan sekitar sampel. Kadar air pada saat terjadi kesetimbangan antara sampel dan lingkungan disebut kadar air kesetimbangan. Kadar air kesetimbangan tepung komposit gaplek dan biji saga pohon dapat dilihat pada Tabel 1.

Kadar air kesetimbangan dan kelem-bapan relatif dapat dihubungkan dalam suatu kurva yang disebut kurva isoterm sorpsi air. Kurva isoterm sorpsi air untuk tepung kom-posit gaplek dan biji saga pohon dapat dilihat pada Gambar 1.

Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21

Tabel 1. Kelembapan Relatif (RH), Aktivitas Air (aw) dan Kadar Air Kesetimbangan (Me) pada Suhu 30o_{C, 35}o_{C dan 40}o_C Suhu 30o_{C 35}o_{C 40}o_C Garam _(%)RH aw Me (%bk) RH (%) aw Me (%bk) RH (%) aw Me (%bk) NaOH 11 0,11 6,25±0,53 10 0,10 4,41±0,06 10 0,10 4,26±0,17 MgCl2 36 0,36 8,53±0,76 33 0,33 8,51±0,31 30 0,30 7,77±0,28 K2CO3 46 0,46 10,65±0,33 44 0,44 9,79±0,35 43 0,43 8,80±0,12 Mg(NO3)2 54 0,54 11,55±0,32 53 0,53 10,73±0,26 49 0,49 9,78±0,61 KI 77 0,77 14,95±0,24 73 0,73 13,50±0,42 75 0,75 12,05±0,23 NaCl 83 0,83 16,68±0,14 83 0,83 15,45±0,41 86 0,86 14,97±0,30 KCl 93 0,93 20,19±0,68 93 0,93 16,93±1,96 96 0,96 18,69±0,26

Gambar 1. Kurva Isoterm Sorpsi Air Tepung Komposit Gaplek dan Biji Saga Pohon

Kadar air kesetimbangan lebih tinggi pada suhu yang rendah pada kelembapan relatif yang sama. Hal ini disebabkan ka-rena dengan naiknya suhu menyebabkan molekul air aktif dan meningkatkan level en-erginya sehingga menjadi kurang stabil dan cenderung melepaskan ikatan dengan mate-rial tepung [5]. Hasil ini sesuai dengan

penelitian sebelumnya yang meneliti tentang kadar air kesetimbangan daun kelor kering pada berbagai suhu [6] dan penelitian ten-tang isoterm sorpsi air pada kacang hijau ker-ing [5].

Pemodelan Matematika

Kurva isoterm sorpsi air kemudian dimodelkan dengan berbagai pemodelan

matematika agar dapat dipelajari lebih lanjut. Kurva isoterm sorpsi air tepung kom-posit gaplek dan biji saga pohon model BET, GAB, dan Caurie dapat dilihat pada Gambar 2, 3, dan 4.

Gambar 2. Kurva Isoterm Sorpsi Air Tepung Komposit Gaplek dan Biji Saga Pohon Model BET

Gambar 3. Kurva Isoterm Sorpsi Air Tepung Komposit Gaplek dan Biji Saga Pohon Model GAB

Gambar 4. Kurva Isoterm Sorpsi Air Tepung Komposit Gaplek dan Biji Saga Pohon Model Caurie

Pemodelan terbaik ditentukan dengan membandingkan nilai MRD. Penentuan nilai MRD dimulai dengan penentuan kadar air kesetimbangan hasil perhitungan. Tabel 2. menunjukkan kadar air hasil perhitungan tiap model untuk masing-masing suhu. Tabel 3 menunjukkan nilai MRD tiap model untuk masing-masing suhu

.

Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21 Tabel 3. MRD Untuk Tiap Model Pada

Berbagai Suhu

Berdasarkan Tabel model GAB mempunyai nilai MRD terkecil pada berbagai suhu. Hal ini menunjukkan bahwa GAB merupakan model terbaik untuk meng-gambarkan femomena penyerapan air pada produk tepung komposit gaplek dan biji saga pohon. Hasil penelitian ini tidak ber-beda dengan penelitian sebelumnya mengenai isoterm sorpsi air berbagai jenis tepung.

Penelitian isoterm sorpsi air pada te-pung singkong terfermentasi angkak menggunakan tiga model yaitu GAB, BET, dan Caurie. Hasil penelitian menunjukkan bahwa GAB adalah model yang paling baik menggambarkan isoterm sorpsi air pada te-pung singkong terfermentasi angkak [7].

Nilai MRD untuk model BET cender-ung lebih besar dibandingkan model lainnya. Hal ini disebabkan BET biasa diunakan hanya pada rentang aw yang kecil yaitu an-tara 0,05-0,45 [8].

Model Caurie hanya cocok menggam-barkan fenomena isoterm sorpsi air tepung komposit gaplek dan biji saga pohon pada suhu rendah. Model ini merupakan salah satu model yang penting karena dapat digunakan untuk menentukan kadar air yang memberikan stabilitas maksimum pada pan-gan yang dikeringkan selama proses penyim-panan [9].

Ketiga model ini dapat digunakan un-tuk mengetahui karakteristik tepung kom-posit gaplek dan biji saga pohon secara lebih mendalam untuk menentukan kondisi penyimpanan yang baik. Karakter tersebut antara lain kadar air monolayer.

KESIMPULAN

Model GAB adalah model yang paling cocok untuk menggambarkan fenomena iso-term sorpsi air pada tepung komposit gaplek dan biji saga pohon.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih disampaikan kepada Ke-mentrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi melalui Direktorat Jendral Penguatan Riset dan Pengembangan khususnya Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat yang telah memberikan dana penelitian me-lalui Penelitian Dosen Pemula Tahun 2017

DAFTAR RUJUKAN

[1] Maidawati, N.2011. Pemanfaatan Tepun Biji Saga Pohon (Adenanthera pavonina Linn.) dalam Optimalisasi Pembuatan Te-pung Gaplek Berprotein sebagai Bahan Substitusi Tepung Terigu. Skripsi. Salatiga. Universitas Kristen Satya Wacana.

[2] Suprapti, L. 2005. Tepung Tapioka Pembuatan dan Pemanfaatannya. Pen-erbit Kanisius. Yogyakarta

[3] Adawiyah, D.R. dan Soekarto, S.T., 2010. Pemodelan Isotermis Sorpsi Air Pada Model Pangan [Modelling of Mois-ture Sorption Isotherm in Food Model]. JTIP, 21, 33. Pemodelan Nilai MRD (%) 30oC 35 oC 40 oC BET 46,83 56,27 61,62 GAB 2,68 0,89 4,08 Caurie 3,60 9,18 8,24

[4] Budijanto, S., Sitanggang, A.B. dan Kartika, Y.D., 2010, Penentuan umur sim-pan tortilla dengan metode akselerasi ber-dasrkan kadar ar kritis serta pemodelan ketepatan sorpsi isoterminya [Shelf Life Study of Tortilla Using Accelerated Shelf Life Testing (ASLT) Method and its Math-ematical Modeling of Moisture]. JTIP, 21, 165.

[5] Chowdhury, M.M.I, Huda, M.D, Hosain, M.A., Hassan, M.S., 2006. Moisture Sorp-tion Isotherms for Mungbean (Vigna ra-diata L). JfoodEng, 74, 462.

[6] Sobolawe, S.S., Oke, M.O., Odunmbaku, L.A., Adebo, O.A. 2017. Equilibrium Sorption Isotherms of Moringa Oleifera Leaves at different temperatures. AJSTID, 9, 1.

[7] Alfiiah, M.N., Hartini, S. Cahyanti, M.N.2017. Mathematical Models, and thermodynamics Properties of Moisture Sorption Isotherms of Fermented Cas-sava Flour by Red Yeast Rice. Alchemy, 13, 29

[8] Aini, N., Prihananto, V., Wijonarko, G. 2014. Karakteristik Kurva Isotherm Sorpsi Air Tepung Jagung Instan. Agritech, 34, 50.

[9] Zapata, M., Quintero, C., Porras, B. 2014.Sorption Isotherms for Oat Flakes (Avena sativa L.). Agronomia Colombi-ana, 32, 52

TANYA JAWAB

Pemakalah : Margareta Novian Cahyanti Penanya : Barlah Rumhayati

Pertanyaan : Apakah makna dari model GAB yang bagus untuk menggambarkan ad-sorbsi air?

Jawaban : Model yang paling cocok digunakan untuk perhitugan masa simpan seberapa lama tepung bertahan sampai mencapai kadar air kritisnya.

Penanya : Maria Ulfa

Pertanyaan : Apakah ada pertimbangan membandingkan antara BET/GAB?

Jawaban : Yang diserap adalah gas sehingga dapat menggunakan model BET-Uap air yang ada diserap oleh tepung yang kemudian menyebabkan tepung menggumpal