11
2.7 Kurva Sorpsi Isotermis
Perilaku produk makanan terhadap kelembaban udara lingungannya dapat digambarkan oleh kurva sorpsi isotermis. Kurva sorpsi isotermis adalah kurva
yang menggambarkan hubungan antara kandungan air dalam bahan pangan dengan aktivitas air a
w
atau kelembaban relatif kesetimbangan ERH ruang penyimpanan De man 2007. Kurva sorpsi isotermis yang terbentuk dari suatu
produk pangan dapat digunakan dalam menentukan jenis bahan pengemas yang dibutuhkan, memprediksikan karakteristik kondisi penyimpanan yang sesuai, dan
menentukan umur simpannya Arpah 2007. Menurut Winarno 2004, Setiap jenis bahan pangan memilik bentuk kurva sorpsi isotermis yang khas. Perubahan
kadar air akan mempengaruhi mutu produk pangan, maka dengan mengetahui pola penyerapan airnya dan menetapkan nilai kadar air kritisnya umur simpan
suatu produk pangan dapat ditentukan. Tipe-tipe kurva sorpsi isotermis bahan pangan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Tipe-tipe kurva sorpsi isotermis
Sumber: Hui et al. 2008
Menurut Labuza dan Bilge 2007, secara umum ada tiga tipe bentuk kurva isotermis. Tipe I adalah bentuk kurva sorpsi isotermis yang khas untuk
bahan pangan antikempal. Tipe II adalah kurva sorpsi isotermis yang berbentuk sigmoid dan paling banyak ditemukan pada produk pangan. Produk pangan kering
umumnya memiliki kurva sorpsi isotermis yang berbentuk sigmoid. Tipe III mewakili kurva sorpsi isotermis untuk bahan Kristal, misalnya sukrosa. Namun
menurut Arpah 2007, beberapa literatur membagi bentuk kurva sorpsi isotermis menjadi lima tipe. Tipe IV dan tipe V merupakan variasi dari tipe II. Tipe IV
12 memiliki kurva yang mirip gabungan antara kurva tipe II dengan tipe III,
sedangkan tipe V memiliki kurva yang mirip gabungan antara kurva tipe II dan tipe I.
Berdasarkan keadaan air dalam bahan pangan, kurva sorpsi isotermis terbagi kedalam tiga daerah. Daerah pertama mempunyai nilai a
w
sampai 0,3. Pada daerah ini, air terdapat dalam bentuk monolayer satu lapis dengan air yang
terikat sangat kuat. Daerah kedua mempunyai kisaran a
w
dari 0,3-0,7. Pada daerah kedua, air terikat kurang kuat dan merupakan lapisan-lapisan yang disebut dengan
air multilayer. Air yang terdapat pada daerah ini berperan sebagai pelarut sehingga aktivitas enzim dan pencoklatan non enzimatik dapat terjadi. Daerah
ketiga merupakan daerah yang mempunyai nilai a
w
di atas 0,7. Daerah ini merupakan daerah air bebas, dimana pada daerah ini terjadi kondensasi air pada
pori-pori bahan. Keadaan air dalam kondisi bebas ini dapat mempercepat proses kerusakan produk pangan Arpah 2007. Secara umum kurva sorpsi isotermis
pada bahan pangan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Kurva sorpsi isotermis pada bahan pangan secara umum
Sumber: Chaplin 2009
Pada umumnya kurva sorpsi isotermis berbentuk sigmoid yaitu menyerupai huruf S Buckle et al. 2007. Kurva sorpsi isotermis adsorpsi dimulai
dari kondisi kering hingga kondisi basah, misalnya proses rehidrasipenyerapan air. Sedangkan, kurva sorpsi isotermis desorpsi dimulai dari kondisi basah ke
kondisi kering, misalnya proses dehidrasiproses pengeringan. Pada jenis bahan pangan yang sama grafik penyerapan uap air dari udara oleh bahan pangan kurva
13 adsorpsi dan grafik pelepasan uap air oleh bahan pangan ke udara kurva
desorpsi tidak pernah berhimpit. Kadar air isotermis desorpsi lebih tinggi nilainya dibandingkan dengan isotermis adsorpsi pada nilai aktivitas air a
w
yang sama. Keadaan tersebut disebut sebagai fenomena histeria. Fenomena histeria
diperlihatkan oleh perbedaan nilai-nilai kadar air kesetimbangan yang diperoleh dari proses adsorpsi dan desorpsi. Bentuk kurva dan besarnya tingkat histeria
suatu produk pangan sangat beragam tergantung pada komposisi bahan
penyusunnya, suhu, dan waktu penyimpanan Rahman 2009. 2.8
Model Persamaan Sorpsi Isotermis
Model matematika mengenai kadar air kesetimbangan atau sorpsi isotermis telah banyak dikemukakan oleh para ahli. Namun model-model
matematika yang dikembangkan pada umumnya tidak dapat mencakup keseluruhan kurva sorpsi isotermis dan hanya dapat memprediksi kurva sorpsi
isotermis pada salah satu dari ketiga daerah sorpsi isotermis. Kesesuaian setiap model isotermis terhadap isotermis produk pangan tergantung pada kisaran a
w
dan jenis bahan penyusun produk pangan tersebut Arpah 2007.
Ada beberapa model matematika yang umumnya digunakan untuk menentukan kurva sorpsi isotermis bahan pangan, yaitu model Henderson, Caurie,
Oswin, Clayton, dan Hasley. Secara empiris, Henderson mengemukakan persamaan yang menggambarkan hubungan antara kadar air kesetimbangan bahan
pangan dengan kelembaban relatif ruang simpan. Persamaan ini berlaku untuk bahan pangan pada semua aktivitas air dan merupakan salah satu persamaan yang
paling banyak digunakan pada bahan pangan kering. Model Caurie berlaku untuk kebanyakan bahan pangan pada selang a
w
0,0-0,85 dan model Oswin berlaku untuk bahan pangan pada RH 0-85. Model Oswin juga sesuai bagi kurva sorpsi
isotermis yang berbentuk sigmoid. Sedangkan model Chen Clayton berlaku untuk bahan pangan pada semua aktivitas air. Pada percobaanya Hasley mengemukakan
suatu persamaan yang dapat menggambarkan proses kondensasi pada lapisan multilayer. Persamaan tersebut dapat digunakan untuk bahan makanan dengan
kelembaban relatif 10-81 Chirife dan Iglesias 1978 diacu dalam Arpah 2007. Adapun persamaan dari model-model tersebut dapat dilihat pada Tabel 5.
14 Tabel 5 Model-model persamaan sorpsi isotermis bahan pangan
Model Persamaan
Keterangan Henderson
1-a
w
= exp-KMe
n
Me: kadar air kesetimbangan a
w
: aktivitas air
K dan n: konstanta P
1
dan P
2
: konstanta Caurie
ln Me = ln P
1
-P
2
a
w
Oswin Me = P
1
[a
w
1- a
w
]
P2
Chen Clayton a
w
= exp[-P
1
expP
2
Me] Hasley
a
w
= exp[-P
1
Me
P2
]
Sumber: Chirife dan Iglesias 1978 diacu dalam Arpah 2007
2.9 Kemasan