Kandungan air dalam bahan pangan sering digunakan untuk mengetahui nilai mutu suatu bahan pangan, sebagai penentu indeks kestabilan selama penyimpanan serta mutu organoleptiknya, terutama rasa dan tekstur. Menurut Syarif dan Halid, (1993). Kadar air adalah persentase kandungan iar suatu bahan yang dapat dinyatakan berdasarkan berat basah atau berat kering bahan. Kadar air memegang peranan penting dalam proses pembusukan dan ketengikan. Kerusakan bahan pangan pada umumnya merupakan proses mikrobiologis, kimiawi, enzimatik atau kombinasi ketiganya. Berlangsungnya ketiga proses tersebut memerlukan air sebagai medianya.
Analisis kadar air merupakan salah satu kompetensi dasar dari mata pelajaran kimia analitik terapan. Kompetensi ini bertujuan untuk memantapkan pemahaman fakta, konsep, prinsip dan prosedur mengenai analisis kadar air dalam suatu bahan tertentu secara aplikatif. Metode analisis bahan pangan khususnya analisis kadar air harus memiliki beberapa sifat pelaksana, salah satunya cepat, tidak bahaya, murah, dan dapat digunakan siapa saja, dapat digunakan untuk kisaran bahan pangan yang luas, serta memiliki ketepatan dan ketelitian yang baik.
A. Air Dalam Bahan Pangan
Air menutupi hampir 71% permukaan bumi dan merupakan salah satu zat penting bagi semua bentuk kehidupan dibumi. Air diprlukan untuk kelangsungan proses biokimiawi organisme, sehingga sangat essensial. Struktur molekul air disusun oleh dua buah atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan satu unsur oksigen. Molekul air yang satu dengan yang lain dapat bergabung melalui ikatan hidrogen yang dapat terbentuk melalui tarik menarik antara kutub positif (atom H) molekul air yang satu dengan kutub negatif (atom O) molekul air lain. Sebagian besar air dalam bahan berada dalam bentuk “terikat” dengan komponen bahan lainnya.
Gambar 1. Struktur Molekul Air
Dalam ilmu kimia, air memiliki beberapa sifat diantaranya tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau pada konsisi standar (1atm, 25°C). Air merupakan salah satu pelarut yang sering digunakan untuk melarutkan beberapa zat kimia. Zat yang dapat larut dan bercampur dengan air disebut zat “hidrofilik” (pecinta air). Sedangkan zat yang tidak dapat larut atau bercampur dengan air disebut zat “hidrofobik” (takut air). Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air. Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air.
Gambar 2. Kadar Air Tinggi dalam Bahan dapat Mempercepat Pembusukan
Dalam ilmu pangan, air memiliki beberapa peranan penting seperti banyaknnya kandungan air dalam suatu bahan pangan dapat menentukan kestabilan bahan tersebut ketika penyimpanan. Zat terlarut dalam air dapat mempengaruhi struktur fisik air. Contohnya satu mol sukrosa (gula) dapat menaikan titik didih air sekitar 0,52°C dan satu mol garam dapat menaikan titik didih air 1,04°C. Selain struktur fisik, keberadaan zat terlarut dalam air dapat mempengaruhi aktivitas air yang mempengaruhi banyak reaksi kimia dan pertumbuhan mikrobiologi dalam pangan. Hal ini sangat penting untuk diketahui karena kebanyakan bakteri berhenti tumbuh dalam aktivitas air pada level rendah. Tidak hanya pertumbuhan bakteri saja yang dapat mempengaruhi keamanan pangan tetapi juga pengawetan yang seringkali dilakukan.
Air dalam pangan memiliki peran yang penting, dimana air dapat berupa komponen intrasel atau ekstrasel dalam sayuran dan produk hewani, sebagai medium pendispersi atau pelarut dalam berbagai produk, sebagai fase terdispersi dalam berbagai produk yang diemulsi seperti mentega dan margarin dan sebagai komponen tambahan dalam pangan lain. Banyaknya air dalam suatu bahan tidak dapat ditentukan dari keadaan fisik bahan tersebut. Bahkan dalam bahan pangan kering sekalipun seperti buah kering, tepung dan biji-bijian terkandung air dalam jumlah tertentu.
Air dalam bahan pangan menentukan kesegaran dan daya tahan pangan, mempengaruhi penampakan, tekstur serta cita rasa pangan. Kerusakan bahan pangan seperti pembusukan oleh mikroba ditentukan oleh air yang ada dalam pangan. Reaksi kimia seperti oksidasi lemak dipengaruhi oleh jumlah air dalam bahan. Air dalam bahan pangan menentukan komposisi yang menentukan kualitas bahan pangan tersebut. Setiap bahan yang diletakan dalam udara terbuka kadar airnya akan mencapai kesetimbangan dengan kelembaban udara di sekitarnya. Kadar air bahan ini disebut kadar air seimbang.
Daya tahan bahan pangan terhadap mikroba dapat dipengaruhi oleh kandungan air didalamnya. Ketahanan ini dinyatakan dengan aktivitas air (Aw) yaitu jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhannya. Berbagai mikroorganisme mempunyai Aw minimum agar tumbuh dengan baik, misalnya bakteri Aw : 0,90 ; khamir Aw : 0,80 – 0,90 ; kapang aw : 0,60 – 0,70. Untuk memperpanjang daya tahan suatu bahan, sebagian air dalam bahan harus dihilangkan dengan beberapa cara tergantung dari jenis bahan. Salah satu contohnya dilakukan pengeringan, baik dengan penjemuran atau dengan alat pengering buatan seperti penjemuran ikan asin, padi, pembuatan dendeng dan sebagainya. Pada bahan yang berkadar air tinggi misalnya susu dilakukan evaporasi atau penguapan.
B. Jenis-jenis Air
Di samping terdapat dalam bahan pangan secara ilmiah, air juga terdapat bebas di alam dalam berbagai bentuk. Air bebas ini penting dan banyak digunakan dalam berbagai sektor. Seperti pertanian, pencucian, sanitasi, teknologi pangan serta air minum. Menurut derajat keterikatan air, air terikat dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu :
1. Air Monolayer (Air tipe I)
Air monolayer adalah air yang terikat dalam bahan secara kimia (ikatan hidrogen). Molekul air yang terikat pada molekul lain melalui suatu ikatan hidrogen yang berenergi besar. Molekul air membentuk hidrat dengan molekul-molekul lain yang mengandung atom-atom O dan N seperti karbohidrat, protein atau garam. Air tipe ini tidak dapat membeku pada proses pembekuan tetapi sebagian air ini dapat dihilangkan dengan pengeringan biasa, sehingga air monolayer ini terikat kuat dan sering disebut air terikat.
2. Air Multilayer (Air tipe II)
Air multilayer adalah air yang terikat pada molekul air monolayer. Air tipe ini lebih mudah dihilangkan dengan penguapan atau pengeringan dibandingkan air monolayer. Bila sebagian air tipe II dihilangkan, pertumbuhan mikroba dan reaksi-reaksi kimia yang bersifat merusak bahan pangan seperti browning, hidrolisis atau oksidasi kurang akan dikurangi.
3. Air tipe III
Air tipe III merupakan air yang secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan seperti membran, kapiler, serat dan lain-lain. Air tipe III inilah yang disebut air bebas. Sifatnya mudah menguap dan dapat dimanfaatkan pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi-reaksi kimia.
4. Air tipe IV
Air tipe IV tidak terikat jaringan suatu bahan atau air murni dengan sifat air biasa dan keaktifan penuh. (F.G. Winarno, 1999 : 3 – 14)
Berdasarkan keberadaan air dalam pangan, terdapat tiga jenis air yang dimaksud, yaitu:
1. Air Bebas
Air bebas merupakan air pada ruang-ruang antar sel atau inter granular dan pori-pori yang terdapat pada bahan. Air terikat lemah yaitu air yang terserap (teradsorpsi) pada permukaan koloid makromolekuler seperti protein, pektin, pati, selulosa dan air yang terdispersi diantara koloid dan merupakan pelarut zat-zat dalam sel. Air ini mempunyai sifat air bebas dan dapat dikristalkan dalam pembekuan. Ikatan antar air dan koloid adalah ikatan hidrogen
2. Air Terikat
Air terikat merupakan air yang membentuk hidrat. Ikatan bersifat ionik sehingga relatif sukar dihilangkan atau diuapkan. Air ini tidak membeku pada suhu 0°C. Air dalam bentuk bebas dapat membantu terjadinya proses kerusakan bahan pangan misalnya proses mikrobiologis, kimiawi, enzimatik atau aktivitas serangga perusak. Sedangkan air dalam bentuk lainnya tidak turut dalam proses tersebut. (F.G. Winarno, 1999 : 3 – 14).
3. Air Imbibisi dan Air Kristal.
Air imbibisi merupakan air yang masuk ke dalam bahan pangan dan akan menyebabkan pengembangan volume tetapi air tersebut bukan merupakan komponen penyusun bahan tersebut. Contohnya air dengan beras saat dipanaskan membentuk nasi atau pembentukan gel dari bahan pati. Air kristal adalah air terikat dalam semua bahan baik pangan maupun non pangan yang berbentuk kristal seperti gula, garam CuSO4 dan lain-lain.
C. Prinsip Analisis Kadar Air
Analisis kadar air dengan metode pengeringan memiliki prinsip menguapkan air yang ada dalam bahan dengan cara pemanasan. Bahan ditimbang hingga berat konstan yang dapat diartikan semua air sudah teruapkan. Analisis dapat diartikan sebagai usaha pemisahan suatu kesatuan materi bahan menjadi komponen-komponen penyusunnya, kemudian dipakai sebagai data untuk menetapkan komposisi (susunan) bahan tersebut.
Pada analisis pentuan kadar air perlu dipertimbangkan beberapa hal, antara lain berkaitan dengan pemilihan prosedur analisis, pengambilan sampel atau cuplikan, dan langkah-Iangkah analisis. Apabila persiapan analisis telah dilakukan dengan balk maka pelaksanaan analisis diharapkan dapat berjalan dengan baik, sehingga hasil yang diperoleh juga akan memuaskan.
Analisis sering menjadi tidak sederhana karena air dalam bahan pangan berada dalam bentuk terikat secara fisik atau kimia dengan komponen bahan pangan lainnya sehingga sulit memecahkan ikatan-ikatan air tersebut. Hal ini mengakibatkan sulit memperoleh ketelitian analisis yang tinggi sehingga berkembanglah berbagai metode analisis kadar air.
D. Metode-metode Analisis Kadar Air
Air yang terukur atau air yang hilang dalam analisis kadar air adalah air bebas dan air teradsorbsi. Jadi kadar air suatu bahan pangan merupakan gabungan dari air bebas dan air teradsorbsi didalam bahan pangan tersebut. Analisis kadar air metode langsung dilakukan dengan cara mengeluarkan air dalam bahan pangan tersebut. Jumlah air dapat diketahui dengan cara penimbangan, pengukuran volume atau cara langsung lainnya. Metode ini mempunyai ketelitian tinggi, namun memerlukan pengerjaan relatif lama dan kebanyakan bersifat manual. Metode analisis kadar air dapat terbagi sebagai berikut :
1.
Metode Pengeringan (Thermogravimetric)
Pengeringan bahan adalah suatu metode untuk mengeluarkan atau menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan cara menguapkan air tersebut dengan menggunakan energi panas. Banyaknya air yang hilang menunjukan kadar air bahan tersebut.
2. Metode Distilasi (Thermovolumetric)
Metode ini digunakan untuk menetapkan kadar air suatu bahan yang mudah menguap. Prinsip dasar pada metode ini adalah perbedaan titik didih, dimana menggunkan pelarut yang tidak saling bercampur dengan air dan disuling bersama sama dengan contoh. Pelarut memiliki titik didih sedikit diatas titik didih air, sehingga ketika dipanaskan air akan menguap terlebih dahulu dan dapat diukur kadarnya.
Metode ini digunakan untuk menetapkan kadar air suatu bahan dimana kadar air yang terkandung dalam bahan sangat kecil. Metode ini menggunakan pendekatan secara kimia, seperti titrasi dan reaksi kimia. Contoh metode kimiawi adalah metode titrasi Karl Fischer, metode kalsium karbida, dan metode asetil klorida.
4. Metode Fisis
Metode fisis adalah metode tidak langsung dilakukan tanpa mengeluarkan air dari bahan pangan atau merusak bahan pangan sehingga pengukuran ini tidak bersifat merusak. Waktu pengukuran kadar air dilakukan dengan cepat dan dimungkinkan untuk menjadikan kontinyu dan otomatik. Beberapa metode analisis kadar air secara tidak langsung diantaranya adalah (Andarwulan et.al., 2011):
- Metode Listrik-Elektronika (Konduktivitas DC dan AC dan Konstanta Dielektrik).
- Penyerapan Gelombang Mikro.
- Penyerapan Sonik dan Ultrasonik.
- Metode Spektroskopi (Inframerah dan Nuclear Magnetic Resonance/NMR).
Daftar Pustaka
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan. 2013. Kimia Analitik Terapan. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia. 201 hal.
Purwasih, Rita. 2021. Analisis Pangan. Jawa Barat : Polsub Press. 2021
Posting Komentar