BAB II PENGUKURAN KADAR AIR

Tujuan Percobaan

Mahasiswa diharapkan dapat memahami cara menganalisis kadar air pada bahan hasil pertanian dan pangan.

Pendahuluan

Air merupakan suatu konstituen dari beberapa bahan pangan. Air berada dalam bentuk intraseluller atau merupakan komponen ekstraseluler dalam sayur-sayuran dan produk hewani, yang merupakan medium disperse atau solvent di dalam berbagai produk, juga merupakan fase disperse produk-produk emulsi seperti mentega, margarine dan sejumlah produk makanan yang lain. Air merupakan konstituen yang sangat penting didalam bidang pangan yang telah diketahui karena adanya sifat dan perilaku yang sangat diperlukan. Jumlah air dalam bahan pangan akan sangat diperlukan. Jumlah air dalam bahan pangan akan sangat mempengaruhi kerusakan pangan akibat reaksi kimia dan mikrobiologis. Penghilangan air (pengeringan) dan pembekuan air merupakan metode pengawetan hasil pertanian yang sangat penting. Kadar air (water  content  atau moisture  content) menunjukkan jumlah  air  yang ada  di  dalam  produk pangan.

Sifat fisik air dan es

Beberapa sifat fisik air dan es merupakan keadaan yang eksepsional. Informasi sifat fisik air telah diutarakan oleh Perry (1963) dan Landolt-Bornstein (1923) nilai kalori yang tinggi dari air merupakan sifat fisik yang sangat penting dalam proses pengolahan pangan seperti pembekuan dan pengeringan. Perbedaan densitas air dan es yang  nyata menyebabkan kerusakan hasil pertanian ketika dilakukan pembekuan. Perubahan densitas air berkaitan dengan perubahan suhu, sehingga menghasilkan tekanan di dalam pembekuan hasil pertanian. Sejak zat padat kehilangan sifat elastis dari pada zat setengah padat, kerusakan struktur disebabkan oleh fluktuasi suhu.

Dalam bentuk es, masing-masing molekul H₂O diikat oleh empat ikatan dengan molekul sekitarnya. Energi ikatan dari ikatan hydrogen pada es besarnya 5 kkal per mol (Pauling, 1960). Perbedaan kekuatan interaksi yang terjadi antara OH dan NH antara berelektronegatif kecil dan kuat seperti pada O dan N. reaksi ini untuk asosiasi yang kuat di dalam alkohol, asam lemak dan amin dan afinitas yang besar dalam air. Pada perbandingan antara sifat air dengan hydratnya dari elemen oksigen yang dekat di dalam tabel periodik  (CH₄, NH₃, HF, DH₃, H₄S, HCl) menunjukkan bahwa nilai konstanta fisik air tidak rendah seperti titik meleleh atau titik lebur, titik didih, kapasitas panas, panas laten difusi, panas laten penguapan, tegangan permukaan dan konstanta dielektrik.

Berdasarkan keterikatannya, Air dalam produk pangan dapat dibedakan menjadi tiga yaitu :

1.    Air bebas (free water).

Terdapat dalam permukaan bahan atau pori-pori bahan pangan yang tidak terjadi ikatan secara kimia. Air ini mudah diuapkan (vaporable water). Bila air bebas diuapkan seluruhnya , kadar air bahan berkisar 12%-25% tergantung jenis bahan dan suhu pengeringan/penguapan. Contoh : Air yang terdapat pada permukaan bahan pangan yang baru dicuci, sebagai air bebas dalam jambu air, dsb.

2.    Air yang terikat secara fisik.

Merupakan air bahan yang terdapat dalam jaringan matriks bahan (tenunan bahan) karena adanya ikatan-ikatan fisik, terdiri dari :

- Air terikat menurut sistem kapiler

- Air Absorpsi

- Air yang terkurung di antara tenunan bahan karena ada hambatan mekanis.
Ketiga jenis air terikat ini bila teruapkan, menjadi bahan yang tidak mengandung air, sering disebut sebagai bahan kering.

3.   Air terikat secara kimia.

Untuk mengeluarkan air ini perlu energi yang besar. Bila air ini dihilangkan, mikroorganisme, reaksi pencoklatan, hidrolisis, oksidasi lemak dapat dikurangi. Jika air ini dihilangkan semuanya, kadar air bahan sekitar 3-7%. Air bahan yang terikat secara kimia adalah :

1.    Air yang terikat sebagai kristal, atau kristal yang mengikat molekul air, misalnya NaClxH₂O, CuSO₄xH₂O

2.    Air yang terikat dalm sistem dispersi koloidal, terdiri dari partikel-partikel yang bentuk dan ukurannya beragam. Partikel-partikel tersebut bermuatan listrik positif atau negatif sehingga dapat menarik partikel yang berlawanan.

3.    Menurut Winarno dan Fardiaz (1973), air mempunyai panas jenis dan panas laten yang relatif besar dibandingkan dengan benda-benda lainnya.

4.    Panas jenis air 1.02Btu/lb/oF, yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 lb air sebanyak 1^oF.

5. Panas laten penguapan air adalah 971 Btu/lb yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah 1 lb air menjadi uap pada suhu titik didih air (100^oC).

Kadar air suatu bahan dapat dinyatakan dalam dua cara yaitu berdasarkan bahan kering (dry basis) dan berdasarkan bahn basah (wet basis). Kadar air secara dry basis adalh perbandingan antara berat air di dalam bahan tersebut dengan berat keringnya. Bahan kering adalah berat bahan asal setelah dikurangi dengan berat airnya. Sedangkan kadar air secara wet basis adalah perbandingan antara berat air di dalam bahan tersebut dengan berat bahan mentah.

Contoh : suatu bahan yang beratnya 20 gram terdiri dari air (W) sebanyak 4 gram dan sisanya berupa bahan kering (D) sebanyak 16 gram. Maka kadar air bahan tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
Kadar air dry basis = (W/D) x 100 %
= (4/16) x 100 %
= 25%
Kadar air wet basis = (W/(W+D)) x 100 %
= (4/(4+16)) x 100 %
= 20%

Penentuan kadar air pada hasil pertanian dan dalam bahan pangan dapat ditentukan dengan berbagai cara antara lain : metode pengeringan, metode distilasi, kimia, fisik dan metode khusus misalnya dengan kromatografi, nuclear magnetic resonance. Penentuan kadar air dengan cara pemanasan dapat dilakukan menggunakan oven biasa atau oven vakum. Pemilihan jenis oven dalam metoda pengeringan ditentukan oleh jenis bahan yang akan dianalisa.

Percobaan 1. Penentuan kadar air cara pemanasan oven biasa

Prinsip : menguapkan air pada bahan dengan menggunakan oven suhu 100-102⁰C sampai berat konstan

Sampel :  produk hasil pertanian padat dan detengah padat yang tidak mempunyai sifat kimia dan sifat fisik yang spesifik.

Prosedur :  sampel dihancurkan, ditimbang tepat (1-2g) lalu dimasukkan ke dalam oven sampai berat bahan konstan.

Cara Kerja :

1.    Buatlah bahan menjadi bubuk atau bahan dihaluskan

2.    Timbanglah botol timbang dan catatlah beratnya

3.     Timbanglah contoh yang telah berupa bubuk ke dalam botol timbang sebanyak 1-2 gram

4.    Keringkan botol timbnag yang telah diisi sample dalam oven pad suhu 100-105^oC selama 3-5 jam atau lebih tergantung bahan yang dianalisa

5.    Botol timbang didinginkan dalam eksikator kemudian ditimbang

6.    Panaskan lagi botol timbang selama 30 menit dan kemudian dinginkan dalam eksikator dan setelah dingin ditimbang. Perlakuan ini diulang-ulang sampai memperoleh berat konstan (selisih penimbangan secara berurutan setelah dipanaskan selama 30 menit kurang dari 0,2 mg)

kadar air =

Percobaan 2. Penentuan kadar air cara pemanasan oven vakum

Prinsip :  menguapkan air pada bahan yang mempunyai sifat spesifik (mempunyai pectin, gula, protein dan lemak tinggi) pada suhu rendah dengan tekanan di bawah 1atm hingga berat bahan konstan.

Sampel :  produk pertanian yang mempunyai sifat spesifik, missal nangka, papaya, jambu, bakso, dll.

Prosedur : Sampel dihancurkan, ditimbang tepat (1-2g), dikeringkan pada oven vakum suhu 60-70⁰C, pada tekanan +/- 25 mmHg, selama sekitar 6 jam atau sampai berat bahan konstan

Cara Kerja :  

1.    Buatlah bahan menjadi bubuk atau bahan dihaluskan

2.    Timbanglah botol timbang dan catatlah beratnya

3.    Timbanglah contoh yang telah berupa bubuk ke dalam botol timbang sebanyak 1-2 gram

4.    Keringkan botol timbnag yang telah diisi sample dalam oven pad suhu 60-70^oC selama 6 jam atau lebih tergantung bahan yang dianalisa

5.    Botol timbang didinginkan dalam eksikator kemudian ditimbang

6.    Panaskan lagi botol timbang selama 30 menit dan kemudian dinginkan dalam desikator dan setelah dingin ditimbang. Perlakuan ini diulang-ulang sampai memperoleh berat konstan (selisih penimbangan secara berurutan setelah dipanaskan selama 30 menit kurang dari 0,2 mg)

kadar air =

Percobaan 3. Penentuan kadar air cara distilasi toluene

Prinsip :  air dalam bahan disuling dengan menggunakan pelarut organic. Titik didih pelarut organic lebih tinggi dibandingkan dengan air dan berat jenis air lebih besar dibandingkan dengan pelarut organic, sehingga air berada di lapisan bawah dan dapat dibaca skala volumenya.

Sampel :  bahan yang mengandung senyawa volatile, bahan dengan kadar air rendah dan memiliki kandungan lemak yang tinggi.

Prosedur : Sampel dihancurkan, tidak boleh berbentuk gumpalan besar, lebih baik sampel disaring dengan mesh yang halus agar kontak permukaan bahan dengan toluene lebih besar, sehingga air akan mudah menguap. Hasil penguapan air melalui konsensor akan mengembun, demikian seterusnya sampai tidak ada air pada bahan.  

Cara Kerja :

1.    Timbanglah bahan pada yang telah dipotong kecil-kecil atau berupa bubuk secukupnya yaitu kurang lebih mengandung air 2-5 ml air

2.    Pindahkan bahan tersebut dalam labu distilasi dan kemudian tambahkan toluene atau xylene sebanyak 75-100 ml. pasanglah labu distilasi pada alat distilasi yang telah dilengkapi alat penampung air seperti Stark-Dean atau Sterling-Bidwel

3.    Aturlah alat pemanas yang digunakan agar toluene yang  menetes dalam alat distilasi sebanyak 2-3 tetes per menit yang jatuh dari kondensor

4.    Pemanasan ini berlangsung sampai air yang tertampung tidak bertambah lagi

5.    Bacalah volume air