“Analisis Kadar Air”

OLEH
:
NAMA
: ABDARRIANZAH B. HASAN
STAMBUK : D1C110069
JURUSAN : TEKNOLOGI
PANGAN
fAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSitas haluoleo
kendari
2013
A. Air
Struktur molekul air disusun oleh sebuah atom oksigen yang
berikatan secara kovalen dengan 2 atom hidrogen. Atom O mempunyai muatan
negatif dan atom H mempunyai muatan positif menjadikan air bersifat seperti
magnet yang mempunyai dua kutub. Kondisi ini menyebabkan air dapat ditarik oleh
senyawa lain baik yang bermuatan positif atau bermuatan negatif. 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. Satu molekul air dapat
membentuk ikatan hidrogen dengan 4 molekul air lainnya. Sebagian besar air
dalam bahan pangan berada dalam bentuk “terikat” dengan komponen bahan pangan
lainnya.
Terdapat 3 tipe air dalam bahan pangan. Diantaranya adalah
sebagai berikut:
- Air monolayer (lapisan tunggal)
Air monolayer adalah air yang terikat dalam bahan pangan
secara kimia (ikatan hidrogen) atau ikatan ionik dengan komponen bahan pangan
(seperti karbohidrat, protein yang mempunyai gugus O). Air tipe ini sulit
dihilangkan pada proses pengeringan (sulit melepaskan ikatan) dan dibekukan.
- Air multilayer (lapisan banyak)
Air multilayer adalah air yang terikat pada molekul air
monolayer. Air tipe ini lebih mudah dihilangkan dengan penguapan atau
pengeringan dibandingkan air monolayer.
- Air bebas
Air bebas adalah air yang terikat secara fisik dalam matrik
komponen bahan pangan. Air tipe ini sangat mudah dikeluarkan dengan proses
pengeringan. Adanya air bebas pada bahan pangan memunculkan istilah aw
(aktivitas air) yaitu jumlah air bebas yang dapat memfasilitasi pertumbuhan
mikroba dan reaksi-reaksi kimia yang mengakibatkan penurunan mutu bahan pangan.
Kandungan air bahan pangan bervariasi. Ada yang sangat
rendah contohnya serealia, kacang-kacangan kering. Ada yang sangat tinggi
contohnya sayuran, buah-buahan atau pangan segar. Sebagai contoh kadar air
kacang kering 3% sedangkan semangka 97%.
Keberadaan air dalam bahan pangan selalu dihubungkan dengan
mutu bahan pangan dan sebagai pengukur bagian bahan kering atau padatan. Air
dalam bahan dapat digunakan sebagai indeks kestabilan selama penyimpanan serta
penentu mutu organoleptik terutama rasa dan keempukan.
B. Analisis
Kadar Air
Analisa kadar air dalam bahan pangan penting untuk bahan
pangan segar dan olahan. Analisa 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 air.
C.
Berikut adalah metode analisis kadar
air.
- Analisis kadar air metode langsung
Analisis kadar air metode langsung dilakukan dengan cara
mengeluarkan air dalam bahan pangan dengan bantuan pengeringan oven, desikasi,
distilasi, ekstraksi, dan teknik fisikokimia lainnya. 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 secara langsung sendiri terbagi
menjadi 5 macam, yaitu sebagai berikut.
1) Metode gravimetri (pengeringan
dengan oven)
Dilakukan dengan cara mengeluarkan air dari bahan dengan
proses pengeringan dalam oven (oven udara atau oven vakum, hal ini berdasarkan
tekanan yang digunakan saat pengeringan).
Ada dua macam metode gravimetri yaitu metode oven udara dan
metode vakum. Berikut penjelasannya.
i. Metode oven udara
Paling banyak dan sering digunakan. Metode ini didasarkan
atas berat yang hilang sehingga sampel seharusnya mempunyai kestabilan panas
yang tinggi dan tidak mengandung komponen yang mudah menguap. Air dikeluarkan
dari bahan pada tekanan udara (760 mmHg) sehingga air menguap pada suhu 1000C
yaitu sesuai titik didihnya.
Oven yang digunakan umumnya dipanaskan dengan listrik atau
dengan pemanas inframerah yang dilengkapi dengan neraca analitik yang terpasang
didalamnya. Analisa kadar air dengan oven berpemanas infrared dapat dilakukan
dengan cepat (untuk analisis kadar air rutin), tidak mengakibatkan kenaikan
suhu berlebihan pada sampel.
Radiasi infrared mempunyai kekuatan penetrasi yang kuat
sehingga air dalam bhan dapat diuapkan pada suhu tidak lebih dari 700C. Pada
oven berpemanas listrik, air pada bahan dapat diuapkan pada suhu 1000C.
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi analisa air
dengan metode oven yaitu penimbangan contoh/bahan, kondisi oven, pengeringan
contoh, dan perlakuan setelah pengeringan.
Beberapa faktor yang mempengaruhi yang berkaitan dengan
kondisi oven adalah fluktuasi suhu, kecepatan aliran, serta kelembaban udara
dalam oven.
ii.
Metode oven vakum
Kelemahan dari pengeringan dengan oven udara diperbaiki
dengan metode oven vakum. Pada metode ini, sampel dikeringkan dalam kondisi
tekanan rendah (vakum) sehingga air dapat menguap dibawah titik didih normal
(1000C), misal antara suhu 60-700C. Pada suhu 60-700C
tidak terjadi penguraian senyawa dalam sampel selama pengeringan. Untuk
analisis sampel bahan pangan yang mengandung gula, khususnya mengandung
fruktosa, senyawa ini cenderung mengalami penguraian pada suhu yang lebih
tinggi. Tekanan yang digunakan pada metode ini umumnya berkisar antara 25-100
mmHg.
Sebelum dilakukannya pengeringan perlu adanya beberapa
persiapan yaitu sebagai berikut.
i.
Penimbangan sampel
Berat sampel ditimbang dan disesuaikan jenis sampel dan
kadar air. Sampel kering dengan kadar air kurang dari 10% menggunakan berat
sampel 2 g. Sampel banyak mengandung air menggunakan berat sampel mencapai 20
g. Agar diperoleh berat residu kering 1-2 g sehingga kesalahan akibat
penimbangan dapat dihindari.
ii.
Perlakuan pendahuluan sampel
Perlakuan pendahuluan berbeda-beda tiap sampel sesuai jenis
sampel. Bahan padat dihancurkan dahulu, dapat digiling mencapai kehalusan
antara 20-40 mesh. Sampel cair (sari buah, kecap, dll) diuapkan hingga kental
baru selanjutnya dikeringkan dalam oven. Produk bakery (cake, roti) dikeringkan
dalam ruangan hangat sampai krispi, selanjutnya dihaluskan 20 mesh, lalu
dikeringkan dalam oven.
iii. Cawan
Terbuat dari nikel, baja tahan karat, alumunium, porselin.
Diameter cawan 5-9 cm, kedalaman 2-3 cm.
iv. Persilangan oven
Suhu oven dijaga konstan selama pengeringan dengan
dilengkapi termostat yang dapat mempertahankan suhu sekitar 0,50C atau kurang
Perbedaan perubahan suhu sekitar 10C memberikan
perbedaan kadar air sampai 0,1%. Pengeringan oven vakum menggunakan tekanan 100
mmHg untuk buah-buahan, kacang-kacanagan, lemak, dan minyak. Tekanan 50 mmHg
untuk sampel gula dan produk-produk dari gula. Tekanan 25 mmHg untuk
biji-bijian, telur, dan produk-produk dari telur.
Analisis kadar air metode oven udara
(SNI 01-2891-1992) menggunakan prinsip pengeringan sampel dalam oven udara pada
suhu 100-1050C sampai diperoleh berat konstan. Berikut prosedur
kerja untuk analisis kadar air metode oven udara:
i.
Pengecekan suhu oven
Sebelum oven digunakan untuk anailsa
kadar air, dilakukan pengecekan suhu oven dengan cara memasukkan termometer
yang dikalibrasi ke dalam oven. Tunggu hingga termometer mencapai suhu yang
diinginkan (sekitar 5 menit). Lakukan pengecekan suhu oven sebanyak 5 kali.
Catat data suhu yang terbaca pada termometer. Selanjutnya itung nilai rata-rata
suhu, standar deviasi, dan RSD.
ii. Tahapan analisis
Pada awal tahap analisis cawan
kosong dikeringkan dalam oven selama 15 menit. Dinginkan cawan dalam desikator.
Ambil cawan kering dengan penjepit. Timbang cawan kering yang sudah
didinginkan. Timbang 1-2 g contoh pada cawan tersebut. Keringkan pada oven suhu
1050C selama 3 jam. Dinginkan dalam desikator. Akukan penimbangan. Ulangi
penimbangan hingga diperoleh bobot tetap/konstan ( ≤0,0005 g).
iii. Perhitungan
Kadar air dalam basis basah (bb)
Kadar
air (g/100 g bahan basah) = [(W-(W1-W2))/W] x 100
Kadar air dalam basis kering (bk)
Kadar
air (g/100 g bahan kering) = [(W-(W1-W2))/W1-W2] x 100
dimana:
W =
berat contoh sebelum dikeringkan (g)
W1 = berat cawan kosong dan contoh kering
yang sudah
konstan beratnya
(g)
W2 =
berat cawan kosong
Analisis kadar air metode oven vakum
(AOAC 925.45,1999) menggunakan prinsip pengeringan sampel dalam oven vakum pada
suhu 25-1000C sehingga ir dapat menguap pada suhu lebih rendah dari
1000C, misalnya pada suhu 60-700C. Berikut prosedur kerja
untuk analisis kadar air metode oven vakum:
i. Prosedur kerja
Cawan kosong dikeringkan dalam oven selama 15 menit kemudian
didiinginkan dalam desikator. Ambil cawan kering dengan penjepit lalu timbang
cawan kering yang sudah didinginkan. Lakukan penimbangan 1-2 g contoh pada
cawan tersebut. Keringkan pada oven vakum suhu 700C, 25 mmHg selama
2 jam. Dinginkan dalam desikator lalu timbang. Ulangi penimbangan hingga
diperoleh berat tetap/konstan (≤0,0005).
ii.
Perhitungan
Kadar air dalam basis basah (bb)
Kadar air
(g/100 g bahan basah) = [(W-(W1-W2))/W] x 100
Kadar air dalam basis kering (bk)
Kadar air
(g/100 g bahan kering) = [(W-(W1-W2))/W1-W2] x 100
dimana:
W =
berat contoh sebelum dikeringkan (g)
W1 = berat cawan kosong dan contoh kering
yang sudah
konstan beratnya
(g)
W2 =
berat cawan kosong
2) Metode distilasi azeotropik
Metode distilasi azeotropik
yang dapat diterapkan ada dua, yaitu
distilasi langsung dan distilasi azeotropik.
i.
Distilasi langsung
Air diuapkan dari pelarut (menarl)
yang imisibel atau tidak dapat bercampur dengan air yang mempunyai titik didih
tinggi. Alat yang digunakan adalah alat distilasi. Selama pemanasan, air yang
menguap dikondensasi, lalu ditampung dalam gelas ukur dan ditentukan volume
airnya untuk mengukur kadar air.
ii.
Distilasi azeotropik
Air diuapkan bersama-sama dengan
pelarut yang sifatnya imisibel pada perbandingan yang tetap. Tiga jenis pelarut
yang sering digunakan adalah toluena, xilena (dimetil benzena), dan
tetrakloroetilena. Toluena paling banyak digunakan. Toluena dan xilena memiliki
berat jenis lebih rendah dari air, berat jenis toluena 0,866 g/ml, xilena
0,866-0,87 g/ml. Tetrakloroetilena mempunyai berat jenis lebih tinggi dari air
1,62 g/ml.
Penggunaaan pelarut yang mempunyai
berat jenis lebih ringan dari air bertujuan agar air berada di bagian bawah gelas
penampung sehingga pengukuran volume lebih mudah. Penggunaan pelarut dengan berat jenis lebih
tinggi akan menyulitkan pengukuran volume air (akan terbentuk dua meniskus
sehingga ketelitian data kurang).
Pada kondisi biasa, titik didih air
dan toluen akan bersama-sama menguap pada suhu 850C dengan
perbandingan air toluen = 20:80. Uap air dan pelarut dikondensasi, oleh karena
air dan toluen tidak dapat bercampur maka setelah kondensasi air dan toluen
akan terpisah sehingga volume air dapat ditentukan.
Keuntungan metode ini adalah kadar
air ditetapkan langsung dan hasil akhir merupakan nilai kadar air yang nyata
dan bukan karena kehilangan berat contoh. Hasil lebih teliti dibandingkan
metode pengeringan oven karena jumlah contoh lebih banyak. Waktu analisis
singkat (0,5-1 jam), peralatan sederhana dan mudah didapat serta pengaruh
kelembababn lingkungan dapat dihindari dan dapat mencegah oksidasi selama
pemanasan. Selain itu metode ini memiliki cara pengerjaan sederhana dan mudah
ditangani.
Kelemahan metode ini adalah
permukaan alat gelas harus selalu bersih dan kering. Senyawa alkohol atau
gliserol mungkin terdistilasi bersama air yang dapat mengakibatkan data yang diperoleh lebih tinggi dari nilai
sebenarnya. Pelarut yang digunakan mudah terbakar, sebagian pelarut beracun
(misal benzena), serta ketelitian membaca volume air yang terkondensasi
terbatas.
Analisis kadar air metode distilasi azeotropik (SNI
01-3181-1992 yang dimodifikasi) memiliki prinsip bahwa penguapan air dari bahan
bersama-sama dengan pelarut yang sifatnya imisibel pada suatu perbandingan yang
tetap. Uap air dari bahan beserta pelarut dikondensasi kemudian ditampung dalam
gelas penampung. Air yang mempunyai berat jenis lebih besar dibandingkan
pelarutnya (jika digunakan pelarut dengan berat jenis lebih rendah) akan berada
di baian bawah pelarut sehingga volumenya dapat dengan mudah ditentukan.
Berikut adalah prosedur kerja dari metose distilasi azeotropik:
i.
Tahap pengukuran
Keringkan labu didih dan tabung Bidwell-Sterling dalam oven
bersuhu 1050C dan dinginkan dalam desikator. Timbang 3 gram contoh
(Ws). asukkan contoh ke dalam labu didih yang telah dikeringkan dan tambahkan
60-80 ml toluena. Rangkai alat distilasi, labu didih, dan pemanas. Refluks
dengan suhu rendah (skala hot plate 4-5) selama 45 menit. Naikkan suhu (skala
8) dan lakukan pemanasan selama 60-90 menit. Baca volume air yang didistilasi
(Vs).
ii.
Penetapan faktor distilasi
Keringkan labu didih dan tabung Bidwell-Sterling dalam oven
bersuhu 1050C dan dinginkan dalam desikator. Masukkan 4 gram air ke
dalam labu (W), tambahkan toluena 60-80 ml. Rangkai alat distilasi, labu didih,
dan pemanas. Refluks dengan suhu rendah (skala hot plate 4-5) selama 45 menit,
lalu naikkan suhu (skala 8) dan lakukan pemanasan selama 60-90 menit. Baca
volume air yang didistilasi (V).
iii.
Perhitungan
Kadar air bahan
Kadar
air = 
Ws= berat contoh (g)
Vs= volume air yang didistilasi dari
contoh (ml)
FD= faktor distilasi (g/ml)
Faktor distilasi (FD) dihitung
dengan rumus:
W= berat air yang akan didistilasi (g)
V= volume air yang terdistilasi (ml)
3) Metode Karl Fischer
Metode ini digunakan untuk mengukur kadar air contoh dengan
metode volumetri berdasarkan prinsip titrasi. Titran yang digunakan adalah pereaksi Karl Fischer (campuran iodin, sulfur
dioksida, dan pridin dalam larutan metanol). Pereaksi karl fischer pada metode
ini sangat tidak stabil dan peka terhadap uap air oleh karena itu sebelum
digunakan pereaksi harus selalu distandarisasi.
Selama proses titrasi terjadi reaksi reduksi iodin oleh
sulfur dioksida dengan adanya air. Reaksi reduksi iodin akan berlangsung sampai
air habis yang ditunjukka munculnya warna coklat akibat kelebihan iodin.
Penentuan titik akhir titrasi sulit dilakukan karena kadang-kadang perubahan
warna yang terjadi tidak terlalu jelas.
Pereaksi karl fischer sangat sensitif terhadap air. Sehingga
metode ini dapat diaplikasikan untuk analisis kadar air bahan pangan yang
mempunyai kandungan air sangat rendah (seperti minyak/lemak, gula, madu, dan
bahan kering). Metode Karl Fischer juga dapat digunakan untuk mengukur kadar
air konsentrasi 1 ppm.
4) Metode desikasi kimia
Dengan bantuan bahan kimia yang mempunyai kemampuan menyerap
air tinggi, seperti: fosfor pentaoksida (P2O5), barium
monoksida (BaO), magnesium perklorat (MgCl3), kalsium klorida
anhidrous (CaCl2), dan asam sulfat (H2SO4)
pekat. Senyawa P2O5, BaO, dan MgClO3 merupakan
bahan kimia yang direkomendasi oleh AOAC (1999).
Metode analisis ini cukup sederhana. Contoh yang akan
dianalisis ditempatkan pada cawan kemudian diletakkan dalam desikator. Bahan
pengering ditaburkan atau dituangkan pada alas desikator. Proses pengeringan
berangsung pada suhu kamar sampai berat konstan/tetap. Untuk mencapai berat
konstan dibutuhkan waktu lama dan keseimbangan kadar airnya tergantung pada
reaktivitas kimia komponen dalam contoh tersebut terhadap air.
Metode ini sangat sesuai untuk bahan yang mengandung senyawa
volatil (mudah menguap) tinggi, seperti rempah-rempah. Penggunaan suhu kamar
dapat mencegah hilangnya senyawa menguap selama pengeringan.
5) Metode Termogravimetri
Metode ini dilakukan dengan cara mengeluarkan air dari bahan
dengan bantuan panas. Perubahan berat (karena hilangnya air dari bahan selama
pemanasan) dicatat oleh neraca termal (thermobalance) secara otomatis sebagai
fungsi dari waktu dan suhu. Diperoleh kurva perubahan berat selama pemanasan
untuk suatu program suhu tertentu.
Pencatatan berlangsung sampai bahan mencapai berat
konstan/tetap. Penimbangan dilakukan secara otomatis di dalam alat pengering
dan kesalahan akibat penimbangan sangat
kecil. Analisis dilakukan dalam waktu yang singkat. Jumlah sampel yang
digunakan hanya sedikit yaitu berkisar mg sampai 1 gram. Kurva perubahan berat
air selama pengeringan dapat menunjukkan sifat fisiko kimia tentang gaya yang
mengikat air pada komponen di dalam contoh serta data kinetik dari proses
pengeringan.
2. Analisis kadar air
metode tidak langsung
Metode ini dilakukan tanpa mengeluarkan air dari bahan dan
tidak meusak bahan sehingga pengukuran tidak bersifat merusak (tidak
dekstruktif). Waktu pengukuran dilakukan dengan cepat dan dimungkinkan untuk
menjadikan kontinyu dan otomatik. Metode ini merupakan penerapan untuk
mengontrol proses-proses di industri.
Metode yang banyak diterapkan adalah sebagai berikut:
1) Metode listrik-elektronika
(konduktivitas DC-AC dan konstanta dielektrik)
Metode ini didasarkan pada pengukuran tahanan yang ditimbulkan
dari bahan yang mengandung air. Analisis dilakukan dengan cara menempatkan
sejumlah contoh di dalam wadah kecil di antara sua elektroda, selanjutnya arus
listrik yang melewati contoh diukur
berdasarkan tahanan listriknya.
2) Penyerapan gelombang mikro
Hal ini didasarkan pada pengukuran penyerapan energi
gelombang mikro oleh molekul air dalam bahan. Molekul air yang mempunyai dua
kutub akan menyerap beberapa ribu kali lebih banyak energi gelombang mikro
dibandingkan bahan kering dalam volume yang sama. Gelombang mikro dengan
frekuensi 9-10 GHz dapat digunakan untuk memantau kadar air bahan berkadar air
rendah, padatan atau cairan. Peralatan utamanya adalah dua buah antena yang
berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Pengukuran dilakukan dengan
cara bahan ditempatkan diantara ke dua antena tanpa menyentuh antena.
3) Penyerapan sonik dan ultrasonik
Hal ini dilakukan berdasarkan kemampuan molekul air dalam
menyerap energi sonik dan ultrasonik. Derajat penyerapannya tergantung pada
jumlah air yang terdapat dalam bahan. Pengukuran dilakukan dengan cara bahan
ditempatkan diantara generator energi (sebagai pensuplai energi sonik dan
ultrasonik) dan mikrofon sebagai penerima. Energi yang diterima selanjutnya
diperkuat sehingga terbaca pada voltmeter dan selanjutnya data diubah menjadi
data kadar air.
4) Metode spektroskopi (inframerah dan
NMR)
Meode spektroskopi inframerah didasarkan pada pembentukan
spektrum penyerapan inframerah yang sangat spesifik oleh molekul air yang
terdapat pada bahan (padat atau cairan). Pita-pita penyerapan inframerah oleh
molekul air terjadi pada panjang gelombang 0,76; 0,97; 1,16; 1,45; dan 1,94 µm.
Intensitas penyerapan sinar inframerah berbanding lurus dengan kadar air.
Penentuan kadar air dilakukan dengan membandingkan
penyerapan energi pada panjang gelombang tersebut dengan kadar air standar yang
sebelumnya sudah ditentkan dengan metode langsung. Metode ini sangat sensitif
untuk bahan yang mengandung air sangat rendah sampai sekitar 0,05%. Metode ini
banyak digunakan untuk mengukur kadar air biji-bijian dan produk tepung. Selain
itu metode ini relatif mahal untuk digunakan pada penelitian. Industri besar
tepung gandum dan kedelai menggunakan metode ini untuk mengontrol kadar air
proses produksi.
Sedangkan metode spektroskopi NMR didasarkan pada sifat-siat
nuklir dari atom-atom hidrogen dalam molekul air. Perputaran atom hidrogen
dalam molekul air yang berbeda dengan perputaran atom hidrogen dalam molekul
lain dapat diidentifikasi yang selanjutnya dapat dijadikan sebagai parameter
pengukuran kadar air. Metode ini dapat mengukur kadar air bahan dari kisaran
5-100%. Analisis berlangsung cepat, tidak menggunakan suhu tinggi, tidak
destruktif, dapat mengukur air terikat berbeda sifatnya dengan air bebas).
Pengerjaan mahal, cukup rumit, tidak cocok untuk analisis bahan yang mengandung
lemak/minyak tinggi.

