AIR. Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)

(1)

AIR

KIMIA PANGAN KIMIA PANGAN

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)

A .A.ISTRI SRI WIADNYANI A .A.ISTRI SRI WIADNYANI

(2)

Materi Kuliah

Standar Kompetensi Sub Pokok bahasan Mahasiswa mampu mem-

bedakan sifat-sifat air dan peranannya dalam bahan pangan

 Air dalam bahan pangan

 Struktur air

 Sifat fisikokimia air

Interaksi air dengan zat terlarut

 Aktivitas air dan tekanan uap air

 Isoterm sorpsi air (ISA) dan kaitannya dengan keawetan bahan pangan

 Air dalam bahan pangan

 Struktur air

 Sifat fisikokimia air

Interaksi air dengan zat terlarut

 Aktivitas air dan tekanan uap air

 Isoterm sorpsi air (ISA) dan kaitannya dengan keawetan bahan pangan

ITP/Kimia Pangan ITP/Kimia Pangan

(3)

Air Dalam Bahan Pangan

• Penentu mutu bahan pangan

• Mempertahankan kesegaran

• Penentu keawetan dan

kestabilan selama penyimpanan

(4)

Peran Air Dalam Pangan

• Mempengaruhi tekstur, kesegaran dan keawetan

• Pelarut universal (garam, vitamin, gula, pigmen)

• Dapat berionisasi (H₃O⁺, OH^-)

• Berperan dalam reaksi kimia (contoh: hidrolisis protein = n asam amino)

• Mempengaruhi aktivitas enzim

• Penting bagi pertumbuhan mikroorganisme  menentukan keamanan dan stabilitas pangan

• Medium untuk pindah panas

• Tidak mengandung kalori

• Mempengaruhi tekstur, kesegaran dan keawetan

• Pelarut universal (garam, vitamin, gula, pigmen)

• Dapat berionisasi (H₃O⁺, OH^-)

• Berperan dalam reaksi kimia (contoh: hidrolisis protein = n asam amino)

• Mempengaruhi aktivitas enzim

• Penting bagi pertumbuhan mikroorganisme  menentukan keamanan dan stabilitas pangan

• Medium untuk pindah panas

• Tidak mengandung kalori

(5)

Bahan Kandungan

air (%) Bahan Kandungan air (%)

Tomat 94 Ikan kering 38

Semangka 93 Daging sapi 66

Kol 92 Roti 36

Kandungan Air Bahan Pangan Kandungan Air Bahan Pangan

Kol 92 Roti 36

Nenas 85 Buah kering 28

Kacang hijau 88 Susu bubuk 14

Susu sapi 90 Tepung terigu 12

(6)

Bahan Pangan Berdasarkan Tingkat Keawetannya

• Mudah rusak: daging sapi, daging ayam, ikan, susu, telur

• Agak mudah rusak: sayuran, buah-buahan, roti, kue

• Awet: biji-bijian, kacang-kacangan, gula

• Mudah rusak: daging sapi, daging ayam, ikan, susu, telur

• Agak mudah rusak: sayuran, buah-buahan, roti, kue

• Awet: biji-bijian, kacang-kacangan, gula

(7)

Salt dissolution Salt dissolution in water

in water

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)ITP/Kimia PanganITP/Kimia Pangan

(8)

(9)

Water

Water--Glucose InteractionGlucose Interaction

(10)

(11)

(12)

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)Kimia PanganKimia Pangan

(13)

Water involvement in starch-glucose polymerization

(14)

Water involvement in lipid synthesis

(15)

Water involvement in peptide synthesis

(16)

Hot Water

T

Air spreader

(for better mixing and temperature

distribution)

Air Sebagai media pindah panas dalam proses pasteurisasi sistem batch

Steam valve

Steam

Air Valve

Compressed air Steam spreader

(17)

Sifat Fisik Air

• Tekanan atmosfir :

Cair (suhu > 0^oC)

Es/beku (suhu 0^oC) Titik beku Uap (suhu 100^oC) Titik didih Densitas = 1 g/ml

• Tekanan atmosfir :

Cair (suhu > 0^oC)

Es/beku (suhu 0^oC) Titik beku Uap (suhu 100^oC) Titik didih Densitas = 1 g/ml

• Tekanan 4.579 mm Hg , suhu 0.0099^oC

Beku Uap

(18)

Molecular weight 18.0153 Melting point at 1 atm 0.0^oC Boiling point at 101.3 kPa atm 100^oC

Heat of fusion at 0^oC 6.012 kJ (1.436 kcal)/mol

Physicochemical Properties of Water Physicochemical Properties of Water

Physical Constants

Heat of fusion at 0^oC 6.012 kJ (1.436 kcal)/mol

(19)

(20)

Molekul Air

• Rumus molekul: H

₂

O

• Atom H dan O dihubungkan dengan ikatan kovalen

• Bersifat polar:

– H cenderung bermuatan positif (⁺)

– O cenderung bermuatan negatif (^-)

• Rumus molekul: H

₂

O

• Atom H dan O dihubungkan dengan ikatan kovalen

• Bersifat polar:

– H cenderung bermuatan positif (⁺)

– O cenderung bermuatan negatif (^-)

(21)

(22)

(23)

Water

Water –– Solute InteractionsSolute Interactions

(24)

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)IITP/Kimia PanganTP/Kimia Pangan

(25)

(26)

(27)

Ikatan Hidrogen Air

• Ikatan Hidrogen terbentuk karena sifat elektropositif dari atom H dan elektronegatif dari O

• Besarnya energi ikatan hidrogen adalah sebesar 10% dari ikatan kovalen (10 Kcal/mol).

• Adanya ikatan H menyebabkan air mempunyai titik didih yang tinggi (100^oC, pada 1 atm) dan bersifat mengalir

• Ikatan Hidrogen terbentuk karena sifat elektropositif dari atom H dan elektronegatif dari O

• Besarnya energi ikatan hidrogen adalah sebesar 10% dari ikatan kovalen (10 Kcal/mol).

• Adanya ikatan H menyebabkan air mempunyai titik didih yang tinggi (100^oC, pada 1 atm) dan bersifat mengalir

(28)

(29)

(30)

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan)Kimia PanganKimia Pangan

(31)

Sifat Fisik Es

• Struktur: Hexagonal (1 molekul H

₂

O dapat

mengikat 4 molekul H

₂

O yang berdekatan)

• Densitas: 0.92 g/ml

(mengapung dalam air)

• Volume: 1/11 kali lebih besar dibandingkan air

• Struktur: Hexagonal (1 molekul H

₂

O dapat

mengikat 4 molekul H

₂

O yang berdekatan)

• Densitas: 0.92 g/ml

(mengapung dalam air)

• Volume: 1/11 kali lebih

besar dibandingkan air

(32)

Perubahan Fase Air

• Dipengaruhi oleh tekanan udara

• Pada kondisi standar (1 atm): titik beku (0

^o

C), titik didih (100

^o

C)

• Pada kondisi tidak standar:

– P< 1 atm: Td < 100ôC; Tb > 0ôC – P> 1 atm: Td > 100ôC, Tb < 0ôC

• Dipengaruhi oleh tekanan udara

• Pada kondisi standar (1 atm): titik beku (0

^o

C), titik didih (100

^o

C)

• Pada kondisi tidak standar:

– P< 1 atm: Td < 100ôC; Tb > 0ôC – P> 1 atm: Td > 100ôC, Tb < 0ôC

(33)

Mendefinisikan Air

• Kadar air: Menggambarkan kandungan air yang

terdapat dalam bahan pangan (dalam persen). Tidak menggambarkan aktivitas biologisnya.

• Kelembahan relatif (RH): Menggambarkan kandungan air di udara (dalam persen).

• Aktivitas air (A_w): menggambarkan derajat aktivitas air dalam bahan pangan, baik reaksi kimia maupun

biologis. Nilai: 0 – 1 (tanpa satuan). A_w=1 (air murni)

• Kadar air: Menggambarkan kandungan air yang

terdapat dalam bahan pangan (dalam persen). Tidak menggambarkan aktivitas biologisnya.

• Kelembahan relatif (RH): Menggambarkan kandungan air di udara (dalam persen).

• Aktivitas air (A_w): menggambarkan derajat aktivitas air dalam bahan pangan, baik reaksi kimia maupun

biologis. Nilai: 0 – 1 (tanpa satuan). A_w=1 (air murni)

IITP/Kimia PanganTP/Kimia Pangan

(34)

Derajat Keterikatan Air

• Air yang terikat secara fisik

– Air kapiler: air terikat dalam rongga-rongga jaringan kapiler yang halus dari bahan pangan.

– Air terlarut: Air seakan-akan larut dalam bahan padat, contoh air gula, air garam.

– Air adsorbsi: Terikat pada permukaan. Daya ikatnya lemah dan mudah terlepas

• Air yang terikat secara fisik

– Air kapiler: air terikat dalam rongga-rongga jaringan kapiler yang halus dari bahan pangan.

– Air terlarut: Air seakan-akan larut dalam bahan padat, contoh air gula, air garam.

– Air adsorbsi: Terikat pada permukaan. Daya ikatnya lemah dan mudah terlepas

(35)

Derajat Keterikatan Air

• Air yang terikat secara kimia

– Air konstitusi: Terikat pada senyawa lain (bagian dari senyawa lain), seperti pada protein, karbohidrat.

Bila terurai maka akan keluar air (proses hidrolisis) – Air kristal: air terikat sebagai molekul dalam bentuk

H₂O. Contoh CaSO₄.5H₂O

• Air bebas (mobile or Free Water)

^Mempunyai

sifat air normal. Mudah terlepas

• Air yang terikat secara kimia

– Air konstitusi: Terikat pada senyawa lain (bagian dari senyawa lain), seperti pada protein, karbohidrat.

Bila terurai maka akan keluar air (proses hidrolisis) – Air kristal: air terikat sebagai molekul dalam bentuk

H₂O. Contoh CaSO₄.5H₂O

• Air bebas (mobile or Free Water)

^Mempunyai

sifat air normal. Mudah terlepas

(36)

Air Dalam Bahan Pangan

• Tipe 1:

– Air terikat yang sebenarnya

– Molekul air yang terikat pada molekul lain melalui ikatan hidrogen.

– Molekul air membentuk hidrat dengan molekul-

molekul lain yang mengandung atom O dan N, seperti karbohidrat, protein dan garam.

– Tidak dapat membeku, sebagian dapat dihilangkan dengan pengeringan

• Tipe 1:

– Air terikat yang sebenarnya

– Molekul air yang terikat pada molekul lain melalui ikatan hidrogen.

– Molekul air membentuk hidrat dengan molekul-

molekul lain yang mengandung atom O dan N, seperti karbohidrat, protein dan garam.

– Tidak dapat membeku, sebagian dapat dihilangkan dengan pengeringan

(37)

Air Dalam Bahan Pangan

• Tipe 2:

– Molekul-molekul air membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air lain, terdapat pada

mikrokapiler.

– Sifatnya berbeda dari air murni.

– Lebih sukar dihilangkan dibandingkan air bebas.

– Apabila dihilangkan, kadar air bahan akan mencapai 3-7%

• Tipe 2:

– Molekul-molekul air membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air lain, terdapat pada

mikrokapiler.

– Sifatnya berbeda dari air murni.

– Lebih sukar dihilangkan dibandingkan air bebas.

– Apabila dihilangkan, kadar air bahan akan mencapai 3-7%

ITP/Kimia

ITP/Kimia PanganPangan

(38)

Air Dalam Bahan Pangan

• Tipe 3:

– Air yang secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan, seperti membran, kapiler, serat, dll.

– Bersifat sebagai air bebas.

– Mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi- reaksi kimiawi.

– Apabila dihilangkan, kadar air bahan akan mencapai 12-25% dengan A_w ~ 0.8

• Tipe 3:

– Air yang secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan, seperti membran, kapiler, serat, dll.

– Bersifat sebagai air bebas.

– Mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi- reaksi kimiawi.

– Apabila dihilangkan, kadar air bahan akan mencapai 12-25% dengan A_w ~ 0.8

/ITP/Kimia Pangan /ITP/Kimia Pangan

(39)

Air Dalam Bahan Pangan

• Tipe 4:

– Air yang tidak terikat dalam jaringan suatu bahan.

– Bersifat air murni (air biasa) dengan keaktifan penuh.

• Tipe 4:

– Air yang tidak terikat dalam jaringan suatu bahan.

– Bersifat air murni (air biasa) dengan keaktifan penuh.

(40)

Aktifitas Air (A

_w

)

• Aktifitas air paling umum digunakan sebagai kriteria untuk keamanan pangan dan kualitas pangan.

• Air tidak terdistribusi secara merata (homogen) dalam bahan pangan: derajat keterikatan berbeda-beda

• Aktifitas air merupakan indeks yang lebih baik dari kadar air untuk pertumbuhan mikroba, karena mikroba hanya dapat menggunakan air bebas untuk pertumbuhannya.

• Nilai A_w: 0.0 - 1.0 (tanpa satuan). A_w=0 (absolutely dry);

A_w=1 (pure water)

• Aktifitas air paling umum digunakan sebagai kriteria untuk keamanan pangan dan kualitas pangan.

• Air tidak terdistribusi secara merata (homogen) dalam bahan pangan: derajat keterikatan berbeda-beda

• Aktifitas air merupakan indeks yang lebih baik dari kadar air untuk pertumbuhan mikroba, karena mikroba hanya dapat menggunakan air bebas untuk pertumbuhannya.

• Nilai A_w: 0.0 - 1.0 (tanpa satuan). A_w=0 (absolutely dry);

A_w=1 (pure water)

(41)

Nilai Aktivitas Air pada Beberapa Bahan Pangan

Bahan pangan A_w

Daging, ikan, buah 1.00 – 0.95

Sirup buah, skm 0.87 – 0.80

Selai buah 0.80 – 0.75

Susu bubuk 0.2

Roti 0.72

Ready-to-eat cereal 0.30

Dried fuit 0.62

(42)

Kadar Air dan Aktivitas Air pada Beberapa Bahan Pangan

Pangan Kadar air (%) A_w

Es pada 0^oC 100 1.00

Daging segar 70 0.985

Roti 40 0.96

Tepung 14.5 0.72

Makaroni 10 0.45

Potato chips 1.5 0.08

(43)

Mengapa A

_w

penting?

(44)

Pentingnya Aktivitas Air (A

_w

)

• Mempengaruhi pertumbuhan mikroba

– Pada A_w rendah (<0.6): Menghambat pertumbuhan mikroba

– Pada A_w tinggi (>0.6): mikroba tumbuh (semakin tinggi A_w, semakin mudah mikroba tumbuh)

• Mempengaruhi keawetan produk pangan

– Produk pangan dengan A_w>0.95 mudah rusak

• Mempengaruhi tingkat resiko keamanan produk pangan

– Semakin tinggi A_w, semakin beresiko

• Mempengaruhi pertumbuhan mikroba

– Pada A_w rendah (<0.6): Menghambat pertumbuhan mikroba

– Pada A_w tinggi (>0.6): mikroba tumbuh (semakin tinggi A_w, semakin mudah mikroba tumbuh)

• Mempengaruhi keawetan produk pangan

– Produk pangan dengan A_w>0.95 mudah rusak

• Mempengaruhi tingkat resiko keamanan produk pangan

– Semakin tinggi A_w, semakin beresiko

(45)

Hubungan Antara Aktivitas Air Dengan Pertumbuhan Mikroba Pada Berbagai Produk Pangan

Most mold, no growth of pathogenic bacteria Staphylococcus aureus may grow Most yeasts, mycotoxin-producing molds,

spoilage often by molds and yeast Most cocci, lactobacilli, some molds, Salmonella

lactic acid bacteria is major spoilage flora Most bacteria, some yeasts,

pathogenic and spoilage organisms a_w

>0.95 0.91-0.95 0.87-0.90

>0.86 0.80-0.87

Microbial growth

Fresh meat, fish, vegetables, etc. Foods with

<40% (w/w) sucrose or <7%(w/w) NaCl Bread, cooked sausages, medium

aged cheese

Salami, old cheese, foods with 65% (w/w) sucrose or 15% NaCl

Dried beef, sweet condensed milk, cereals with 15% water

Jam, marmalade, old salami, foods with 26% (w/w) NaCl

Water Activity

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

growthNo

Osmophilic yeast Xerophilic mold

Most halophilic bacteria

Most mold, no growth of pathogenic bacteria 0.80-0.87 0.75-0.80 0.65-0.75

0.60-0.65

<0.65

Microbial growth

Jam, marmalade, old salami, foods with 26% (w/w) NaCl

Flour, cereals, nuts

Caramels, honey

Breakfast cereals, snack foods, food powders

(46)

Example of the effect of A

_w

on growth of microorganism

A_w Typical food items Genera m.o. which grow under this A_w

0.95

0.95--1.001.00 Fresh foods and meats, breads,Fresh foods and meats, breads, approximately 40% sucrose, 8%

approximately 40% sucrose, 8%

NaCl NaCl

Pseudomonas, Escherchia, Pseudomonas, Escherchia, Proteus, Bacillus, Klebsiella Proteus, Bacillus, Klebsiella 0.91

0.91--0.950.95 Medium cheeses, cured meatMedium cheeses, cured meat (ham), retail fruit juice concen (ham), retail fruit juice concen-- trate, 55% sucrose, 7% NaCl trate, 55% sucrose, 7% NaCl

Salmonella, Vibrio, Serratia, Salmonella, Vibrio, Serratia, Lactobacillus

Lactobacillus, yeast, yeast ––

Rhodotorula Rhodotorula

0.91

0.91--0.950.95 Medium cheeses, cured meatMedium cheeses, cured meat (ham), retail fruit juice concen (ham), retail fruit juice concen-- trate, 55% sucrose, 7% NaCl trate, 55% sucrose, 7% NaCl

Salmonella, Vibrio, Serratia, Salmonella, Vibrio, Serratia, Lactobacillus

Lactobacillus, yeast, yeast ––

Rhodotorula Rhodotorula 0.87

0.87--0.910.91 Fermented hard sausage, dryFermented hard sausage, dry

cheese, margarine, 65% sucrose, cheese, margarine, 65% sucrose, 15% NaCl

15% NaCl

Most yeast

Most yeast –– Candida,Candida, Torulopsis, Hansenula, Torulopsis, Hansenula, Micrococcus

Micrococcus 0.80

0.80--0.870.87

Commercial fruit juice concentrate, Commercial fruit juice concentrate, chocolate syrup, maple amd fruit chocolate syrup, maple amd fruit syrup, flour, fruit cake, fondants, syrup, flour, fruit cake, fondants, high

high--ratio cakeratio cake

Saccharomyces, mycotoxi Saccharomyces, mycotoxi-- genic penicilia, Staphylo genic penicilia, Staphylo-- coccus aureus

coccus aureus

(47)

Example of the effect of A

_w

on growth of microorganism

A_w Typical food items Genera m.o. which grow under this A_w

0.75

0.75--0.800.80 Fruit and berry preserves, marmaFruit and berry preserves, marma-- lade, marshmallows, meat jerky

lade, marshmallows, meat jerky Halophilic bacteria, mycotoHalophilic bacteria, mycoto-- xigenic,

xigenic, Aspergillus sp.Aspergillus sp.

0.65

0.65--0.750.75 Rolled oats, fudge, raisins, fruitRolled oats, fudge, raisins, fruit preserves, molasses, nuts

preserves, molasses, nuts Xerophilic moldsXerophilic molds (Aspergillus(Aspergillus candidus, A. chevalieri)

candidus, A. chevalieri) Dried fruit (<20% water), toffee,

Dried fruit (<20% water), toffee, caramels, honey

caramels, honey Osmophilic yeasts, molds,Osmophilic yeasts, molds, Monascus bisporus

Monascus bisporus

0.60

0.60--0.650.65 Dried fruit (<20% water), toffee,Dried fruit (<20% water), toffee, caramels, honey

caramels, honey Osmophilic yeasts, molds,Osmophilic yeasts, molds, Monascus bisporus

Monascus bisporus 0.50

0.50--0.600.60 Pasta (12% water), spicesPasta (12% water), spices No microbial growthNo microbial growth 0.40

0.40--0.500.50 Whole egg powder (5% water)Whole egg powder (5% water) No microbial growthNo microbial growth 0.30

0.30--0.400.40 Cookies, crackers, bread crustsCookies, crackers, bread crusts No microbial growthNo microbial growth 0.20

0.20--0.300.30 Whole milk powder, dried vegeWhole milk powder, dried vege-- tables, ready

tables, ready--toto--eat cereals, hardeat cereals, hard cookies

cookies No microbial growthNo microbial growth

(48)

Aktivitas Air vs pertumbuhan mikroba

– Bakteri (0.91)

Bakteri halofilik (0.75) – Khamir (0.88)

Khamir osmofilik (0.60) – Kapang (0.80)

Kapang Serofilik (0.65)

Aktivitas Air vs pertumbuhan mikroba

– Bakteri (0.91)

Bakteri halofilik (0.75) – Khamir (0.88)

Khamir osmofilik (0.60) – Kapang (0.80)

Kapang Serofilik (0.65)

(49)

Vibrio cholerae

Vibrio cholerae O1O1 88 -- 4242 66 -- 9.69.6 >0.95>0.95 Vibrio parahaemolyticus

Vibrio parahaemolyticus 12.812.8 -- 4040 55 -- 9.69.6 > .94> .94 Clostridium perfringens

Clostridium perfringens 66 -- 5252 5.55.5 -- 88 > .93> .93 Bacillus cereus

Bacillus cereus 1010 -- 4949 4.94.9 -- 9.39.3 > .95> .95 Escherichia coli

Escherichia coli 2.52.5 -- 4545 4.64.6 -- 9.59.5 > .935> .935 Streptococcus pyogenes

Streptococcus pyogenes > 10> 10 -- < 45< 45 4.84.8 -- < 9.2< 9.2 NRNR

Faktor yang mempengaruhi Faktor yang mempengaruhi

pertumbuhan mikroba pertumbuhan mikroba

Mikroorganisme

Mikroorganisme SuhuSuhu pHpH AA_w_w

°°CC

Feri Kusnandar, TPG 511 (Kimia Pangan) Vibrio cholerae

Vibrio cholerae O1O1 88 -- 4242 66 -- 9.69.6 >0.95>0.95 Vibrio parahaemolyticus

Vibrio parahaemolyticus 12.812.8 -- 4040 55 -- 9.69.6 > .94> .94 Clostridium perfringens

Clostridium perfringens 66 -- 5252 5.55.5 -- 88 > .93> .93 Bacillus cereus

Bacillus cereus 1010 -- 4949 4.94.9 -- 9.39.3 > .95> .95 Escherichia coli

Escherichia coli 2.52.5 -- 4545 4.64.6 -- 9.59.5 > .935> .935 Streptococcus pyogenes

Streptococcus pyogenes > 10> 10 -- < 45< 45 4.84.8 -- < 9.2< 9.2 NRNR

(50)

A

_w

vs pH

• Aw kritis: 0.85

• pH kritis: 4.6

• Resiko bahan pangan:

– Resiko rendah (low risk): pH<4.6, A_w<0.85

• Produk kering dengan pH rendah

– Resiko sedang (medium risk): pH<4.6, A_w>0.85 atau pH>4.6, A_w<0.85

• Asinan, daging kering, ikan asin, biskuit

– Resiko tinggi (high risk): pH>4.6, A_w>0.85 (low acid food)

• Mie basah, daging/ayam segar, bakso, susu

Clostridium botulinum Clostridium botulinum

• Aw kritis: 0.85

• pH kritis: 4.6

• Resiko bahan pangan:

– Resiko rendah (low risk): pH<4.6, A_w<0.85

• Produk kering dengan pH rendah

– Resiko sedang (medium risk): pH<4.6, A_w>0.85 atau pH>4.6, A_w<0.85

• Asinan, daging kering, ikan asin, biskuit

– Resiko tinggi (high risk): pH>4.6, A_w>0.85 (low acid food)

• Mie basah, daging/ayam segar, bakso, susu

(51)

Pentingnya Aktivitas Air (A

_w

)

• Mempengaruhi tekstur (crispiness, crunchiness), misal produk chips, cracker

– The sound produced by 'crunching' breakfast cereal disappearing above about A_w = 0.65

• Mempengaruhi kecepatan penggumpalan

(aglomerasi) produk yang mudah menyerap air, misal susu bubuk

• Mempengaruhi tekstur (crispiness, crunchiness), misal produk chips, cracker

– The sound produced by 'crunching' breakfast cereal disappearing above about A_w = 0.65

• Mempengaruhi kecepatan penggumpalan

(aglomerasi) produk yang mudah menyerap air, misal susu bubuk

(52)

Pentingnya Aktivitas Air (A

_w

)

• Mempengaruhi reaksi kimia

– Oksidasi lemak

– Reaksi kecoklatan non-enzimatis (reaksi Maillard) – Reaksi enzimatis

• Mempengaruhi reaksi kimia

– Oksidasi lemak

– Reaksi kecoklatan non-enzimatis (reaksi Maillard) – Reaksi enzimatis

(53)

Pentingnya Aktivitas Air (A

_w

)

• Dalam pengolahan pangan

– Proses pengeringan – Proses pemekatan – Proses rehidrasi

– Penentuan umur simpan: Accelerated testing method (ASLT) Metode Kadar Air Kritis

• Dalam pengolahan pangan

– Proses pengeringan – Proses pemekatan – Proses rehidrasi

– Penentuan umur simpan: Accelerated testing method (ASLT) Metode Kadar Air Kritis

(54)

Prinsip Penentuan Umur Simpan Berdasarkan Model Kadar Air Kritis

• Untuk produk pangan yang relatif mudah rusak akibat

penyerapan kadar air dari lingkungan. Misal: Biskuit, chips

• Kerusakan produk didasarkan semata-mata pada kerusakan produk akibat menyerap air dari udara luar hingga mencapai batas yang tidak dapat diterima secara organoleptik.

• Kadar air pada kondisi dimana produk pangan mulai tidak dapat diterima secara organoleptik disebut Kadar Air Kritis. Batas

penerimaan tersebut didasarkan pada standar mutu organoleptik yang spesifik untuk setiap jenis produk.

• Waktu yang diperlukan oleh produk untuk mencapai kadar air kritis menyatakan umur simpan produk

• Untuk produk pangan yang relatif mudah rusak akibat

penyerapan kadar air dari lingkungan. Misal: Biskuit, chips

• Kerusakan produk didasarkan semata-mata pada kerusakan produk akibat menyerap air dari udara luar hingga mencapai batas yang tidak dapat diterima secara organoleptik.

• Kadar air pada kondisi dimana produk pangan mulai tidak dapat diterima secara organoleptik disebut Kadar Air Kritis. Batas

penerimaan tersebut didasarkan pada standar mutu organoleptik yang spesifik untuk setiap jenis produk.

• Waktu yang diperlukan oleh produk untuk mencapai kadar air kritis menyatakan umur simpan produk

(55)

Sensitivitas Produk Pangan Kering Terhadap Perubahan Kadar Air

Produk-produk “kering”:

- sensitif terhadap perubahan kadar air - mempunyai karakteristik k.a. kritis :

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

Contoh :

Biskuit (kadar air 2% pd RH 10%) pada kondisi RH penyimpanan tertentu :

RH 32% k.a. 4,5% Kadar air kritis

RH 44% k.a. 6,5% Ka > Ka kritis

RH 90% k.a. 10% lembek & berjamur

Produk-produk “kering”:

- sensitif terhadap perubahan kadar air - mempunyai karakteristik k.a. kritis :

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

Contoh :

Biskuit (kadar air 2% pd RH 10%) pada kondisi RH penyimpanan tertentu :

RH 32% k.a. 4,5% Kadar air kritis

RH 44% k.a. 6,5% Ka > Ka kritis

RH 90% k.a. 10% lembek & berjamur

(56)

Terima kasih

IITP/KimiaTP/Kimia PanganPangan

(57)

ENZIM PANGAN

A.A.ISTRISRI WIADNYANI A.A.ISTRISRI WIADNYANI

(58)

ENZIM PANGAN

• Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat

jalannya reaksi metabolisme tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi

• Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi

• Enzim sebagai biokatalisator

• Bagian enzim yang aktif adalah sisi aktif dari enzim

• Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat

jalannya reaksi metabolisme tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi

• Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi

• Enzim sebagai biokatalisator

• Bagian enzim yang aktif adalah sisi aktif dari enzim

(59)

SUSUNAN ENZIM

• Komponen utama enzim adalah protein

• Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein struktural

• Tidak semua protein bertindak sebagai enzim

• Komponen utama enzim adalah protein

• Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein struktural

• Tidak semua protein bertindak sebagai

enzim

(60)

SIFAT ENZIM

1. Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil

2. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion

3. Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebebkan denaturasi protein. Misalnya

suhu, pH dll

4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktivitasnya.

1. Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil

2. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion

3. Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebebkan denaturasi protein. Misalnya

suhu, pH dll

4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktivitasnya.

(61)

SIFAT ENZIM

5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa

merubah keseimbangan reaksi.

6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi,

struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung

7. Enzim bermolekul besar

8. Enzim bersifat khas/spesifik

5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa

merubah keseimbangan reaksi.

6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi,

struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung

7. Enzim bermolekul besar

8. Enzim bersifat khas/spesifik

(62)

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVIAS ENZIM

• Suhu: optimum 30⁰C, minimum 0 ⁰C, maksimum 40⁰C

• Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe

• Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag

• pH, tergantung pada jenis enzimnya – pepsin aktif kondisi asam,

– amilase kondisi netral, – tripsin kondisi basa

• Suhu: optimum 30⁰C, minimum 0 ⁰C, maksimum 40⁰C

• Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe

• Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag

• pH, tergantung pada jenis enzimnya – pepsin aktif kondisi asam,

– amilase kondisi netral, – tripsin kondisi basa

(63)

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVIAS ENZIM

• Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi

kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)

• Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya

• Air, memacu aktifitas enzim

• Vitamin, memacu aktifitas enzim

• Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi

kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)

• Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya

• Air, memacu aktifitas enzim

• Vitamin, memacu aktifitas enzim

(64)

Bagaimana enzim bekerja

• Reaksi tanpa enzim:

– Lambat

– Membutuhkan suhu yang tinggi – Tekanan yang tinggi

• Reaksi enzimatis

– Enzim memberikan suatu lingkungan yg

spesifik di dalam sisi aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah terjadi

• Reaksi tanpa enzim:

– Lambat

– Membutuhkan suhu yang tinggi – Tekanan yang tinggi

• Reaksi enzimatis

– Enzim memberikan suatu lingkungan yg

spesifik di dalam sisi aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah terjadi

(65)

Daya kerja katalitik enzim

• Enzim diperkirakan tidak masuk kedalam reaksi kimia dengan senyawa yang terlibat.

• Sistem kerja enzim adalah suatu sistem gembok dan kunci.

• Setiap gembok diperlukan kunci khusus,

demikian pula enzim hanya cocok untuk reaksi kimia tertentu saja.

• Enzim diperkirakan tidak masuk kedalam reaksi kimia dengan senyawa yang terlibat.

• Sistem kerja enzim adalah suatu sistem gembok dan kunci.

• Setiap gembok diperlukan kunci khusus,

demikian pula enzim hanya cocok untuk reaksi kimia tertentu saja.

(66)

Sistem gembok dan kunci

Lock and key model

Induced Fit model

(67)

Sisi aktif enzim

(68)

Lokasi Aktif Enzim

 Bagian aktif dari enzim adalah bagian

enzim yang dapat mengikat substrat dan gugusan prostetik bila ada.

 Lokasi aktif enzim hanya merupakan

bagian relative kecil, sehingga sebagian besar residu asam amino tidak

mengadakan kontak dengan substrat.

 Bagian aktif enzim merupakan bentuk tiga dimensi yang terdiri dari kelompok-

kelompok yang berasal dari beberapa asam amino.

 Bagian aktif dari enzim adalah bagian

enzim yang dapat mengikat substrat dan gugusan prostetik bila ada.

 Lokasi aktif enzim hanya merupakan

bagian relative kecil, sehingga sebagian besar residu asam amino tidak

mengadakan kontak dengan substrat.

 Bagian aktif enzim merupakan bentuk tiga dimensi yang terdiri dari kelompok-

kelompok yang berasal dari beberapa

asam amino.

(69)

Substrat harus mempunyai bentuk yang sangat tepat dengan bagian aktif enzim.

Lokasi aktif enzim mempunyai bentuk yang persis dengan substrat tersebut terikat pada bagian aktif enzim.

(70)

Enzim dalam pengolahan pangan

• Peningkatan mutu produk

• Pemanfaatan hasil samping industri pangan

• Pengembangan pangan sintetik

• Peningkatan cita rasa dan aroma

• Pemantapan (stabilitas) mutu, serta nilai gizi bahan pangan

• Peningkatan mutu produk

• Pemanfaatan hasil samping industri pangan

• Pengembangan pangan sintetik

• Peningkatan cita rasa dan aroma

• Pemantapan (stabilitas) mutu, serta

nilai gizi bahan pangan

(71)

Penghambatan Kerja Enzim

• Berdasarkan sifat kestabilan penghambatan, dapat dibagi menjadi 2 yaitu:

Penghambatan irreversible (stabil)

Senyawa penghambtan (inhibitor) akan terikat secara kovalen pada lokasi aktif enzim atau

senyawa tersebut terikat sangat kuat sehingga disosiasi terjadi sangat lambat.

Penghambatan yang reversible (tidak stabil)

• Berdasarkan sifat kestabilan penghambatan, dapat dibagi menjadi 2 yaitu:

Penghambatan irreversible (stabil)

Senyawa penghambtan (inhibitor) akan terikat secara kovalen pada lokasi aktif enzim atau

senyawa tersebut terikat sangat kuat sehingga disosiasi terjadi sangat lambat.

Penghambatan yang reversible (tidak stabil)

(72)

Penghambatan Reversibel

1. Kompetitif: zat penghambat mempunyai

struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim.

Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect)

2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya

tidak cocok lagi dengan substrat

1. Kompetitif: zat penghambat mempunyai

struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim.

Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect)

2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya

tidak cocok lagi dengan substrat

(73)

Senyawa Penghambat dalam Bahan Pangan

Inhibitor Tripsin

• Inhibitor tripsin merupakan senyawa

penghambat yang terdapat pada kedelai, leguminosa lain, serta kentang.

• Senyawa ini menghambat pencernaan protein kedelai, baik pada hewan maupun manusia.

Inhibitor Tripsin

• Inhibitor tripsin merupakan senyawa

penghambat yang terdapat pada kedelai, leguminosa lain, serta kentang.

• Senyawa ini menghambat pencernaan protein kedelai, baik pada hewan maupun manusia.

(74)

Inhibitor tripsin

• Senyawa penghambat ini bergabung dengan enzim tripsin, gabungan ini merupakan

kompleks antara enzim dengan senyawa

penghambat yang terikat erat, sehingga enzim terhalang fungsinya.

• Inhibitor tripsin tidak tahan terhadap

pemanasan. Dengan penyangraian dan

penggodogan inhibitor tripsin dapat menjadi tidak aktif.

• Senyawa penghambat ini bergabung dengan enzim tripsin, gabungan ini merupakan

kompleks antara enzim dengan senyawa

penghambat yang terikat erat, sehingga enzim terhalang fungsinya.

• Inhibitor tripsin tidak tahan terhadap

pemanasan. Dengan penyangraian dan

penggodogan inhibitor tripsin dapat menjadi tidak aktif.

(75)

• Inhibitor poligalakturonase (pada buah advokat muda), penghambat ini aktif pada buah advokat yang sudah tua.

• Inhibitor katalase dan peroksidase pada mangga muda, penghambat ini aktif pada buah mangga yang sudah tua.

• Inhibitor poligalakturonase (pada buah advokat muda), penghambat ini aktif pada buah advokat yang sudah tua.

• Inhibitor katalase dan peroksidase pada mangga muda, penghambat ini aktif pada buah mangga yang sudah tua.

(76)

Senyawa penghambat non-protein

• SO₂

merupakan penghambat yang kuat terhadap

polifenol oksidase, sehingga banyak digunakan untuk menghindari reaksi browning pada bahan makanan, seperti apel, kentang dan sayur-

sayuran.

• benzyl isotianat

merupakan penghambat enzim papain.

• SO₂

merupakan penghambat yang kuat terhadap

polifenol oksidase, sehingga banyak digunakan untuk menghindari reaksi browning pada bahan makanan, seperti apel, kentang dan sayur-

sayuran.

• benzyl isotianat

merupakan penghambat enzim papain.

(77)

ENZIM DAN LINGKUNGANNYA

• Pengaruh Suhu Tinggi

• Pada umumnya semakin tinggi suhu, semakin naik laju reaksi kimia, baik yang tidak dikatalisis maupun yang dikatalisis oleh enzim.

• Enzim adalah protein, jadi semakin tinggi suhu, proses inaktifasi enzim juga meningkat.

• suhu yang terlalu tinggi dapat mempercepat pemecahan atau perusakan enzim

• Bila suhu naik terus, laju kerusakan enzim akan melampaui reaksi katalisis enzim.

• Pengaruh Suhu Tinggi

• Pada umumnya semakin tinggi suhu, semakin naik laju reaksi kimia, baik yang tidak dikatalisis maupun yang dikatalisis oleh enzim.

• Enzim adalah protein, jadi semakin tinggi suhu, proses inaktifasi enzim juga meningkat.

• suhu yang terlalu tinggi dapat mempercepat pemecahan atau perusakan enzim

• Bila suhu naik terus, laju kerusakan enzim akan melampaui reaksi katalisis enzim.

(78)

Daya Tahan Enzim Terhadap Panas

• Perbedaan sumber atau asal enzim

menyebabkan perbedaan daya tahan enzim terhadap panas.

• Hampir semua enzim mempunyai aktivitas optimal pada suhu 30ôC sampai 40ôC dan denaturasi mulai terjadi pada suhu 45ôC.

• Perbedaan sumber atau asal enzim

menyebabkan perbedaan daya tahan enzim terhadap panas.

• Hampir semua enzim mempunyai aktivitas optimal pada suhu 30ôC sampai 40ôC dan denaturasi mulai terjadi pada suhu 45ôC.

(79)

Pengaruh Suhu Pembekuan

 Banyak enzim dapat mengalami denaturasi pada suhu beku

 Banyak enzim menunjukkan aktivitas yang nyata pada bahan setengah beku.

 Dalam sistem beku, terjadi larutan dengan

viscositas yang tinggi, dan dapat menghalangi difusi enzim dan substrat, sehingga dapat

menghambat aktivitas enzim.

 Banyak enzim dapat mengalami denaturasi pada suhu beku

 Banyak enzim menunjukkan aktivitas yang nyata pada bahan setengah beku.

 Dalam sistem beku, terjadi larutan dengan

viscositas yang tinggi, dan dapat menghalangi difusi enzim dan substrat, sehingga dapat

menghambat aktivitas enzim.

(80)

Pengaruh pH

• Pada umumnya enzim bersifat amfolitik, yang berarti enzim mempunyai konstanta disosiasi

pada gugus asam maupun basa, terutama pada gugus residu terminal karboksil dan gugus

terminal aminonya.

• Perubahan aktivitas enzim akibat perubahan pH lingkungannya disebabkan karena terjadinya

perubahan ionisasi enzim, substrat, atau kompleks enzim substrat.

• Pada umumnya enzim bersifat amfolitik, yang berarti enzim mempunyai konstanta disosiasi

pada gugus asam maupun basa, terutama pada gugus residu terminal karboksil dan gugus

terminal aminonya.

• Perubahan aktivitas enzim akibat perubahan pH lingkungannya disebabkan karena terjadinya

perubahan ionisasi enzim, substrat, atau kompleks enzim substrat.

(81)

• Enzim menunjukkan aktivitas maksimum pada kisaran pH yang disebut pH optimum, umumnya pH 4,5 sampai 8,0.

• Pada proses pengolahan pangan, keaktifan

enzim tertentu tidak dikehendaki sehingga harus dicegah dan dihambat.

• Terjadinya reaksi browning akibat enzim

fenolase dapat dihambat dengan menurunkan pH larutan sampai 3,0, sebab pH optimum

fenolase 6,5.

• Enzim menunjukkan aktivitas maksimum pada kisaran pH yang disebut pH optimum, umumnya pH 4,5 sampai 8,0.

• Pada proses pengolahan pangan, keaktifan

enzim tertentu tidak dikehendaki sehingga harus dicegah dan dihambat.

• Terjadinya reaksi browning akibat enzim

fenolase dapat dihambat dengan menurunkan pH larutan sampai 3,0, sebab pH optimum

fenolase 6,5.

(82)

Pengaruh Kadar Air dan Aw.

• Kadar air dari bahan sangat mempengaruhi laju reaksi enzimatik.

• Dalam sistem reaksi enzim, kadar air mutlak bukan merupakan faktor yang penting, tetapi jenis keterikatan air justru lebih penting.

• Pada makanan kering, keaktifan enzim lebih

banyak dipengaruhi oleh water activity (Aw) dan kelembaban udara sekitarnya.

• Kadar air dari bahan sangat mempengaruhi laju reaksi enzimatik.

• Dalam sistem reaksi enzim, kadar air mutlak bukan merupakan faktor yang penting, tetapi jenis keterikatan air justru lebih penting.

• Pada makanan kering, keaktifan enzim lebih

banyak dipengaruhi oleh water activity (Aw) dan kelembaban udara sekitarnya.

(83)

Pengaruh Garam

• Kadar elektrolit yang tinggi umumnya mempengaruhi kelarutan protein.

• Larutan garam sering digunakan untuk

melarutkan protein, peristiwa ini sering disebut salting in.

•

• Beberapa jenis larutan garam dapat digunakan untuk membuat protein atau enzim menjadi tidak larut, peristiwa ini sering disebut salting out.

• Kadar elektrolit yang tinggi umumnya mempengaruhi kelarutan protein.

• Larutan garam sering digunakan untuk

melarutkan protein, peristiwa ini sering disebut salting in.

•

• Beberapa jenis larutan garam dapat digunakan untuk membuat protein atau enzim menjadi tidak larut, peristiwa ini sering disebut salting out.

(84)

Keberadaan Enzim Dalam Bahan Pangan

• Pada hakekatnya enzim dapat diproduksi dari:

– hasil ternak

– tanaman pangan – mikroba

• Pada hakekatnya enzim dapat diproduksi dari:

– hasil ternak

– tanaman pangan

– mikroba

(85)

Enzim dari Hewan

• Enzim rennin dan pepsin dapat dihasilkan dari lambung sapi dewasa yang banyak digunakan dalam pembuatan keju.

• Enzim esterase dan lipase yang dihasilkan dari domba, anak domba dan tenunan mulut

memegang peranan dalam peningkatan flavor (citarasa) keju.

• Enzim rennin dan pepsin dapat dihasilkan dari lambung sapi dewasa yang banyak digunakan dalam pembuatan keju.

• Enzim esterase dan lipase yang dihasilkan dari domba, anak domba dan tenunan mulut

memegang peranan dalam peningkatan flavor (citarasa) keju.

(86)

• Enzim pankreatin dari pancreas mampu menghidrolisa protein, pati dan lemak.

• Enzim katalase yang bersumber dari hati banyak digunakan untuk menghilangkan

kelebihan H₂O₂ yang digunakan untuk proses sterilisasi pada pembuatan keju.

• Enzim pankreatin dari pancreas mampu menghidrolisa protein, pati dan lemak.

• Enzim katalase yang bersumber dari hati banyak digunakan untuk menghilangkan

kelebihan H₂O₂ yang digunakan untuk proses sterilisasi pada pembuatan keju.

(87)

Enzim dari Tanaman

• Enzim papain banyak terdapat pada getah buah papaya muda.

• Kecambah barley mengandung enzim amylase yang mencerna pati menjadi gula dalam proses fermentasi pembuatan bir, dan ragi melanjutkan pemecahan gula menjadi alcohol.

• Nenas sebagai sumber bromelin yang merupakan enzim proteolitik

• Enzim papain banyak terdapat pada getah buah papaya muda.

• Kecambah barley mengandung enzim amylase yang mencerna pati menjadi gula dalam proses fermentasi pembuatan bir, dan ragi melanjutkan pemecahan gula menjadi alcohol.

• Nenas sebagai sumber bromelin yang merupakan enzim proteolitik

(88)

Enzim dari Mikroba

• Dari golongan bakteri:

– Bacillus subtilis memproduksi amylase dan protease.

– E. coli menghasilkan asparaginase

– Micrococcus lysodeikticus menghasilkan katalase.

– Streptomyces sp untuk memproduksi glucoseisomerase.

• Dari golongan bakteri:

– Bacillus subtilis memproduksi amylase dan protease.

– E. coli menghasilkan asparaginase

– Micrococcus lysodeikticus menghasilkan katalase.

– Streptomyces sp untuk memproduksi glucoseisomerase.

(89)

 Dari golongan kapang:

 Aspergillus oryzae untuk memproduksi amylase dan protease

 A. niger untuk memproduksi amylase, sellulose, glucoamylase.

 Rhizopus sp untuk memproduksi pektinase, lipase, amylase, dan glucoamylase.

 Dari golongan khamir:

 Saccharomyces cerevisiae memproduksi invertase

 Saccharomyces fragilis memproduksi lactase

 Dari golongan kapang:

 Aspergillus oryzae untuk memproduksi amylase dan protease

 A. niger untuk memproduksi amylase, sellulose, glucoamylase.

 Rhizopus sp untuk memproduksi pektinase, lipase, amylase, dan glucoamylase.

 Dari golongan khamir:

 Saccharomyces cerevisiae memproduksi invertase

 Saccharomyces fragilis memproduksi lactase