Pengenalan Aktivitas Air dan Pertumbuhan

Pengenalan Aktivitas Air dan Pertumbuhan Mikroba

Makalah

Oleh:

Danica Putri (H0914018)

ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN

FAKULTAS PERTANIAN

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Setiap bahan pangan mengandung air. Air terdapat di bagian dalam bahan makanan, terutama pada sumber makanan buah-buahan. Air merupakan senyawa yang terdiri dari 1 atom oksigen dan dua atom hydrogen (H2O). Ikatan molekul air

rendah, bentuk mengikuti wadah yang ditempatinya, susunan partikelnya renggang, volumenya tetap, mengalir mengikuti arah gravitasi (atas ke bawah). Air juga merupakan pelarut hampir semua jenis zat. Karena sifatnya sebagai pelarut, maka air juga mudah membawa kontaminan makanan seperti mikroba. Agen kontaminan tersebut dapat masuk melalui media air yang sering digunakan untuk minum ternak, menyiram tanaman, tempat penyimpanan dengan kadar air yang tinggi, bekas cucian, terlebih ketika air tersebut sudah tercemar oleh kotoran.

Mikroba menyukai tempat lembab. Tempat yang mengandung kadar air yang banyak menjadi sasaran perkembangbiakan mikroba. Pada kenyataannya pun, makanan yang diletakkan di tempat yang mengandung kadar air tinggi lebih cepat rusak (mengalami pembusukan) dibandingkan dengan makanan yang diletakkan di tempat kering. Makanan yang membusuk biasanya berair dan mengandung lendir yang dihasilkan oleh agen-agen kontaminan tersebut.

Sering ditemukannya kasus daging gelondongan yang sudah ditambah kadar airnya dengan cara memberikan minum yang banyak kepada binatang ternak sebelum dipotong. Daging ternak tersebut menyerap air yang lebih banyak hingga sel-sel nya mengalami lysis, daging yang kadar airnya banyak akan tampak penuh dan berisi, sehingga dapat menipu konsumen. Akibat banyaknya kadar air yang terkandung dalam daging, agen kontaminan sangat mudah tumbuh subur di daging gelondongan tersebut sehingga lebih cepat mengalami pembusukan, oleh karena itu daging gelondongan dilarang.

para konsumen untuk meletakkannya di tempat yang kering. Di setiap kulkas, tersedia tempat khusus buah dan sayur yang kelembabannya rendah. Namun di simpan di luar seperti di dalam lemari khusus atau keranjang lebih baik karena kadar kelembabannya rendah dan cenderung lebih kering dibandingkan dengan penyimpanan di kulkas.

Agen kontaminan tersebut mempengaruhi kualitas bahan makanan. Bahan makanan yang mengandung kontaminan sudah pasti berkualitas buruk. Akibat dari kualitas bahan pangan/makanan yang buruk dapat berpotensi meracuni konsumen. Untuk menghindari penurunan kualitas bahan makanan yang diakibatkan oleh agen kontaminan salah satu caranya adalah menyimpan di tempat yang kering, dan untuk mengukur seberapa besar pertumbuhan mikroba di dalam air, diperlukan perhitungan jumlah air di dalam bahan pangan yang tersedia untuk pertumbuhan mikroba agen kontaminan (perhitungan aktivitas air).

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan di bahas pada makalah ini adalah: 1.2.1. Apa definisi dan prinsip dari aktivitas air (Aw) ?

1.2.2. Apa yang dimaksud dengan Sorption Isotherm? 1.2.3. Apa hubungan antara Aw dan kerusakan makanan?

1.3. Tujuan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1.3.1.Mengetahui definisi dan prinsip dari aktivitas air. 1.3.2.Mengetahui teori Sorption Isotherm.

1.3.3.Mengetahui hubungan antara Aw dan kerusakan makanan.

1.4.Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam menulis makalah ini adalah metode tinjauan pustaka yang bertujuan untuk mempelajari jurnal, makalah, buku, dan laporan ilmiah/karya ilmiah yang berkaitan dengan aktivitas air.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1.5.3.Mengetahui pengaruh aktivitas air terhadap kualitas bahan pangan/makanan.

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1.Definisi dan Prinsip dari Aktivitas Air (Aw)

Kadar air adalah kandungan air suatu bahan, ditentukan dengan metode dan kondisi yang ditentukan, dan dinyatakan sebagai persentase terhadap berat basah atau berat kering. Penetapan kadar air menggunakan oven. Metode ini di gunakan untuk seluruh makanan, kecuali untuk produk pangan yang mudah menguap atau yang terdekomposisi pada proses pemnasan (Setyani,2014).

Penentuan kadar air pada umumnya dilakukan dengan cara mengeringkan bahan dalam oven pada suhu 105-110o_{C hingga didapat berat badan yang konstan.}

dengan suhu yang lebih rendah. Bahan dimasukkan ke dalam eksikator dengan H2SO4

pekat sebagai pengering sehingga mencapai berat konstan. Kadar air dapat diukur dengan refraktometer untuk bahan pangan dengan kadar gula tinggi. Ada pula cara kimiawi untuk menentukan kadar air, metode Mc.Neil mengukur kadar air berdasarkan volume gas asetilen yang dihasilkan dari reaksi kalsium karbida dengan bahan seperti mentega, tepung, kulit yang diperiksa. Metode Karl Fischer (1935) menggunakan cara pengeringan berdasarkan reaksi kimia air dari titrasi langsung dari bahan basah dengan larutan iodine, sulfur, dioxide, dan piridina dalam methanol,l perubahan warna menunjukkan titik akhir titrasi (Winarno,1992).

Kadar air mempengaruhi daya simpan bahan, semakin tinggi kadar air suatu bahan maka kerusakan akan terjadi lebih cepat, Kadar air yang melebihi batas mengakibatkan adanya mikroba, semakin banyak kadar air yang terkandung dalam bahan pangan akan memicu pertumbuhan mikroba untuk berkembang biak. Sumber-sumber mikroba yang terdapat pada makanan bisa saja berasal dari air tanah yang sudah tercemar kotoran hewan, itulah sebabnya penentuan kadar air diperlukan (Setyani,2014).

Rumus perhitungan kadar air yaitu:

Kadar air= massa h ilang

massa ba h an pangan x100

Dengan membuat kadar air di bawah minimal yang dibutuhkan mikroba, mikroba akan kekurangan air dan kemampuan berkembang biak berkurang (Setyani,2014).

terkandung dalam bahan pangan pada oven kering, kehilangan berat bahan diukur sebagai kadar air (Midayanto,2014).

Kadar air berdasarkan berat basah adalah perbandingan berat total bahan dengan berat air dalam bahan, sedangkan kadar air berdasarkan berat kering adalah beratkering bahan dan berat air (Suryanagara,2006).

Air yang terdapat dalam suatu bahan dibagi menjadi 4 tipe menurut derajat keterikatannya, yaitu:

1. Tipe 1 – molekul air yang terikat pada molekul lain melalui suatu ikatan hidrogen berenergi besar. Air tipe ini tidak dapat membeku pada proses pembekuan, tetapi dapat dihilangkan dengan cara pengeringan biasa.

2. Tipe 2 – Molekul air yang membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air lagi. Apabila air tipe ini apabila dihilangkan mengakibatkan penurunan aktivitas air (Aw), apabila dihilangkan sebagian, pertumbuhan mikroba, reaksi browning, atau oksidasi lemak dapat dikurangi.Apabila dihilangkan semuanya, kestabilan produk akan tercapai.

3. Tipe 3 – Air bebas, air yang terikat dalam jaringan matriks bahan. Air tipe ini mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi kimiawi.

4. Tipe 4 – Air murni, air yang tidak terikat dalam jaringan suatu bahan (Suryanagara,2006).

Besarnya kadar air bahan pangan ternyata bukan merupakan parmeter yang mutlak untuk dipakai sebagai indikator kecepatan kerusakan, sebagian air dalam bahan pangan terikat dalam berbagai bentuk komponen penyusunnya. Pengukuran aktivitas air (Aw) menjadi salah satu parameter dalam analisis stabilitas bahan pangan

Intensitas dan tingkat berbagai proses perusakkan berbeda pada konsentrasi air yang berbeda pada umumnya, namun, bahan makanan adalah lebih stabil pada konsentrasi air rendah daripada konsentrasi tinggi. Potensi air untuk mengambil bagian dalam proses perusakan dalam produk makanan ditandai dengan aktivitas air (Aw) di produk, yang menurut hukum Raoult hubungan antara tekanan uap air dari

produk pada tp suhu dan tekanan saturasi air pada suhu yang sama. Aktivitas air produk tergantung pada komposisi kimia dari produk, keadaan agregasi dari konstituennya, kadar air, dan suhu produk. Rumus mencari Aw (Aktivitas air):

Aw=p produk

p0

Aktivitas air dari produk tergantung pada komposisi kimiawi dari produk, keadan agragasi konstituensinya, kadar air, dan suhu pada produk (Desrosier,1977).

Berikut ini adalah nilai Aw minimum dari beberapa jenis mikroba:

Mikroba Aw

Bakteri 0.9 Ragi 0.88 Kapang 0.8 Bakteri Halofilik 0.75 Bakteri Xerofilik 0.65 Ragi Osmofilik 0.61 Sumber: (Suryanagara,2006)

Aktivitas air (Aw) menurun menurun dengan meningkatnya konsentrasi garam

dan lama perendaman. Hal ini terjadi karena adanya peristiwa osmosis pada air bebas dalam bahan makanan sehingga kecenderungan nilai RH (Aw) semakin menurun.

Garam mudah mengikat air menyebabkan kandungan air bebas relative dari bahan menjadi lebih kecil sehingga Aw berkurang. Pada perendaman, Aw bahan pangan

cenderung mengalami kesetimbangan dengan Aw lingkungan, Aw bahan pangan

bisa disebabkan adanya pemanasan yang juga merupakan proses pengeringan sehingga Aw menurun karena kandungan air dalam bahan pangan berkurang

(Rahmani,2007).

Manfaat pengukuran keseimbangan kadar air penting untuk mengetahui perubahan kadar air produk pada bermacam suhu dan kondisi kelembaban reltif dan menentukan batas minimum kadar air bahan yang dikeringkan (Reo,2010).

2.2. Water Sorption (Penyerapan air) dan Sorption Isotherm (Isoterm Sorpsi / Penyerapan Isoterm)

Sebuah plot kadar air dari produk dibanding aktivitas air pada suhu tertentu disebut isoterm sorpsi . Isoterm sorpsi produk makanan yang paling biasanya bentuk sigmoid sedangkan jenis bentuk yang mungkin. Karena perilaku penyerapan air dari produk pangan ditentukan oleh komposisi kimia dan negara fisikokimia konstituen, isoterm sorpsi dari berbagai makanan berbeda dalam bentuknya jauh. Bahkan produk yang mirip dapat menunjukkan penyimpangan dalam bentuk isoterm sorpsi mereka ketika mereka berbeda asalnya, penyerapan air oleh bahan makanan dapat diklasifikasikan ke dalam 3 kategori utama:

1. Penyerapan tanpa perubahan struktural dari penyerap, contohnya adalah penyerapan permukaan gula kristal

2. Penyerapan disertai dengan perubahan struktural dari penyerap, contohnya adalah penyerapan permukaan putih telur, susu,

3. Penyerapan bawah pembentukan solusi, contohnya adalah pada larutan gula.

energi yang lebih rendah untuk proses adsorpsi tambahan karakter yang berbeda (Desrosier, 1977).

Penentuan model sorpsi isotermis digunakan 6 model sebagai berikut:

1. Model Hasley yang bentuk linearnya seperti persamaan ini: ln

(

1

Aw

)

=logP(1)−P(2)logMe

log¿

di mana Y=log [ln(1/Aw)], x =log Me, a =log P(1), b = - P(2). 2. Model Chen-Clayton yang bentuk liniernya seperti persamaan ini:

ln

[

ln

(

1

Aw

)

]

=lnP(1)−P(2)Me

di mana Y =ln[ln(1/Aw)], x =Me, a=ln P(1), b = - P(2).

3. Model Henderson yang bentuk liniernya seperti persamaan ini: log

[

¿

(

1

1−Aw

)

]

=logK+nlogMe

di mana Y = log[in(1/1-Aw)], x = log Me, a=log K, b = n. 4. Model Caurie yang bentuk linier persamaannya seperti ini:

lnMe=lnP(1)−p(2)Aw

di mana Y = ln Me, x = Aw, a= ln P(1), b= - P(2). 5. Model Oswin, yang persamaannya seperti ini:

lnMe=lnP(1)+P(2)ln

[

Aw

(1−Aw)

]

di mana Y = ln Me, x = ln[Aw/(1-Aw)], a = ln P(1), b= ln P(2)

6. Model sorpsi air GAB, merupakan pengembangan model BET (Braunauer, Emmet, dan Teller) yang menganggap terjadinya interaksi antara molekul gas terikat setelah lapisan monolayer mengalami kondensasi. Model ini mempertimbangkan adanya lapisan molekul air di atas lapisan monolayer dan

multilayer. Persamaan GAB merupakan model teoritis yang paling baik untuk menentukan fenomena penyerapan air dalam bahan pangan karena deviasinya , 10%, model GAB dijelaskan dengan persamaan:

M Mo=

C . k . Aw

(1−k . Aw+C . k . Aw) ………(1)

dapat membedakan molekul terserap setelah lapisan tunggal, menjadi lapisan ganda dan air terkondensasi. Model GAB adalah model yang paling banyak digunakan karena ketepatannya tinggi, rumusnya:

Di mana, ∑ adalah deviasi relative dari perhitungan persamaan (2), dengan mi adalah data penelitian, mpt adalah nilai dari GAB, N adalah jumlah data dari penelitian. Penggunaan model GAB dapat digunakan untuk bahan makanan unttuk kisaran Aw yang lebar (0.05-0.95) dengan nilai modus deviasi relative kurang dari 10% (Wariyah,2010; Jamaluddin,2014).

Ada juga metode untuk menguji ketepatan model persamaan isoterm sorpsi yaitu menggunakan metode MRD (Mean Relative Determination):

MRD=100

n

∑

i=1

n

¿Mi−Mpi

Mi |, dimana Mi= kadar air percobaan, Mpi =

Kadar air hasil perhitungan, N = Jumlah data, jika nilai MRD < 5, maka model isoterm sorpsi hasilnya tepat, jika nilai MRD > 10, maka model isoterm sorpsi tidak tepat (Jamaluddin,2014).

Berikut ini adalah daftar kadar kelembaban (Moisture Sorption Isotherm)

Jamur kalengan 93 Ayam Broiler 71 Bayam 92 Salmon kalengan 65-70 Sup siap saji 84-92 Daging kalkun 64

Kacang hijau 90 Sosis 62

Yoghurt 88-89 Daging sapi 61-65 Buah Berry 83-88 Makaroni matang 60.6 Jus Jeruk 87.5 Tuna kalengan 60-61

Susu Sapi 87 Hamburger 55

Apel, Pir 83-84 Daging kornet 54 Fillet Ikan Cod 81-82 Keju cheddar 37

dari agen-agen ditabulasi dalam ketergantungan dari konstituen (air asin garam), konsentrasi (larutan H2SO4), dan suhu (air mandi). Kemungkinan lain dari

menyesuaikan RH di atmosfer adalah pencampuran udara kering dan lembab konsentrasi dikenal. Metode manometric diterapkan untuk mengukur aktivitas air dari sampel yang diberikan, misalnya untuk mengevaluasi kadar air bahan, memanfaatkan isoterm sorpsi, untuk tujuan kontrol kualitas, tetapi, metode manometric terlalu rumit untuk determintion yang isoterm sorpsi lengkap (Desrosier, 1977).

2.3. Aktivitas Air dan Kerusakan Makanan

Air merupakan komponen penting dalam bahan pangan, di dalam beberapa bahan pangan mengandung kadar air yang banyak, contohnya beberapa buah-buahan dan sayuran mencapai 90%, susu segar sekitar 87%, dan daging sapi sekitar 66%. Pada produk pangan yang kering seperti dendeng, kerupuk, dan olahan pangan bubuk, kenaikan sedikit saja kandungan air pada bahan kering tersebut mengakibatkan kerusakan akibat pertumbuhan mikroba pembusuk ataupun reaksi kimiawi (Legowo,2004).

Air yang terdapat dalam bentuk bebas menyebabkan kerusakan bahan pangan baik secara mikrobiologis maupun secara enzimatis. Tetapi kadar air bukan merupakan parameter absolute untuk dapat dipakai untuk menentukan kecepatan terjadinya kerusakan bahan pangan, dalam kasus ini dapat digunakan Aw untuk

menentukan kemampuan air dalam proses kerusakan bahan Pangan (Reo,2010).

selektif. Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat aktivitas air adalah aktivitas air dari produk kering sebelum masuk ke penyimpanan, laju penurunan kualitas, dan situasi biaya proses dehidrasi dan kemasan, termasuk bahan kemasan. Karena kerusakan dapat disebabkan oleh berbagai jenis reaksi, hubungan umum antara aktivitas air dan jenis kerusakan tidak dapat dibangun. Seperti yang sudah ditunjukkan, rentang aktivitas air dapat didefinisikan di mana jenis tertentu menimbulkan reaksi perusakan yang dominan (Desrosier,1977).

Kisaran di mana mikroorganisme tumbuh diperluas antara nilai aktivitas air dari 1 dan 0,65 sedangkan pada nilai-nilai aktivitas air dari 0.75and 0,65 hanya jenis tertentu dari mikroorganisme seperti ragi osmophilic dapat tumbuh. dalam kasus kerusakan oleh mikroorganisme, faktor waktu sangat penting, setelah waktu inisiasi 3-4 hari, pertumbuhan mikroorganisme dapat diamati pada produk makanan dengan aktivitas air yang tinggi.

Reaksi Kerusakan Kimiawi:

Reaksi enzimatik - terjadi praktis setiap nilai aktivitas air, namun yang menonjol pada nilai aktivitas air di atas 3,0, enzim yang menyebabkan reaksi enzimatik yang baik, enzim intrinsik produk, atau enzim asing dari mikroorganisme.

Reaksi non enzimatik (reaksi Maillard) - terjadi juga praktis setiap nilai aktivitas air, namun maksimal di media nilai aktivitas air 0,4-0,6. Karakteristik untuk reaksi adalah perubahan warna coklat, karena reaksi karbohidrat dengan gugus amino dari asam amino dan protein.

Autoksidasi - pada aktivitas air rendah nilai jenis yang paling penting dari kerusakan adalah autoksidasi lipid yang yang timbul dari reaksi radikal bebas antara oksigen dan lipid tidak jenuh. efek dari autoksidasi yang menurun terus dengan meningkatnya kadar air, sehingga efek melindungi dari air dapat diasumsikan.

Jika protein dan pati yang mengandung bahan-bahan yang dikeringkan untuk mencapai aktivitas air rendah, nilai suatu denaturasi ireversibel bahan yang akan terjadi karena interaksi pada bagian yang reaktif dan hasil reaksi adalah perubahan tekstur terutama dalam makanan yang kaya protein (Desrosier,1977).

BAB 3

PENUTUP

3.1. Simpulan

Simpulan yang dapat diambil dari makalah ini adalah:

 Aktivitas air (Aw) adalah perhitungan intensitas air di dalam unsur-unsur

bahan.

 Aktivitas air (Aw) menunjukkan jumlah air bebas di dalam pangan yang dapat

digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya.

 Aktivitas air (Aw) mempengaruhi laju kerusakan pada bahan pangan karena

pada nilai Aw tertentu, mikroba dapat berkembang biak dengan baik.

 Faktor yang mempengaruhi Aw adalah suhu, pemanasan, kadar garam, dan

lama perendaman suatu bahan pangan, serta tipe air.

 Isoterm Sorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fase teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperature tertentu.

 Penentuan model isoterm sorpsi/ sorpsi isotermis ada 6 model persamaan, yaitu model Hasley, model Chen-Clayton, model Henderson, model Caurie, model Oswin, model sorpsi air GAB.

 Air yang terdapat dalam bentuk bebas menyebabkan kerusakan bahan pangan baik secara mikrobiologis maupun secara enzimatis.

 Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat Aw adalah aktivitas air dari produk

kering sebelum masuk ke penyimpanan, laju penurunan kualitas, dan situasi biaya proses dehidrasi dan kemasan, termasuk bahan kemasan.

 Semakin banyak kadar air di produk pangan, semakin banyak mikroba yang berkembang biak.

 Kerusakan bahan pangan ada beberapa jenis, yaitu kerusakan enzimatis, non-enzimatis, autoksidasi, dan kerusakan fisik dan fisiologis.

3.2.Saran

 Sebaiknya perusahaan atau industry pertanian terutama dalam bidang pangan wajib memperhatikan nilai aktivitas air pada produknya.

 Perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang aktivitas air pada molekul yang terkandung dalam bahan pangan

DAFTAR PUSTAKA

Desrosier, Norman W. 1977. Elements of Food Technology. Westport, Connecticut: AVI publishing company.

Jamaluddin., Moleenar, Robert., Tooy, Deddie. 2014. Kajian Isotermi Sorpsi Air dan Fraksi Air Terikat Kue Pia Kacang Hijau Asal Kota Gorontalo. Jurnal Ilmu dan Teknologi Pangan, Vol.2, No.1. Manado.

Legowo, Anang Mohammad., Nurwantoro.2004. Analisis Pangan. Diktat Kuliah. Semarang: Universitas Diponegoro.

Midayanto, Dedi Nur., Yuwono, Sudarminto Setyo. 2014. Penentuan Atribut Mutu Tekstur Tahu untuk Direkomendasikan sebagai Syarat Tambahan dalam StandarNasional Indonesia. Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol.2, No.4 p.259-267. Malang: Universitas Brawijaya.

Rahmani., Yulianta., Martati, Eryana.2007. Pengaruh Metode Penggaraman basah terhadap Karakteristik Produk Ikan Asin Gabus (Ophiocephalus striatus),

Jurnal teknologi Pertanian Vol 8, No.3.

Setyani, Selvia Dewi., Aulia, Hanna.,Hikmah, Nur., Masripah, Siti Ipah., Anggreini, Wiwiek. 2014. Penentuan kadar Air dan Abu dalam Biskuit. Jurnal Praktikum Kimia Analitik 2. Jakarta: UIN Syarifhidayatullah.

Soedarto., Siswanto, Hario Puntodawo. 2008. Respon Kualitas Bandeng (Chanos chanos) Asap terhadap Lama Pengeringan. Berkala Ilmiah Perikanan, Vol.3, No.1. Surabaya: Universitas Dr. Soetomo.

Suryanagara, Pramadita. 2006. Uji Kadar Air, Aktivitas Air, dan Ketahanan Benturan ransum Komplit Domba bentuk Pelet menggunakan Daun Kelapa Sawit sebagai Subtitusi Hijauan. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Jawa Barat.

Wariyah, Chatarina., Supriyadi. 2010. Isoterm Sorpsi Lembab Beras Berkalsium. Agritech, Vol.30, No.4. Yogyakarta.