14 Dalam keadaan setimbang, aktivitas air sering dihubungkan dengan
kelembaban relatif keseimbangan equilibrium relative humidity = ERH dari lingkungan, yaitu kelembaban udara saat terjadinya kadar air kesetimabangan
sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: a
w
= ERH 100
Aktivitas air a
w
menunjukkan sifat bahan itu sendiri, sedangkan ERH menggambarkan sifat lingkungan di sekitarnya yang berada dalam
keadaan seimbang dengan bahan tersebut. Dengan kata lain, peranan air dalam pangan biasanya dinyatakan dalam kadar air dan aktivitas air, sedangkan
peranan air di udara dinyatakan dalam kelembaban relatif dan kelembaban mutlak. Bertambah atau berkurangnya kandungan air suatu bahan pangan pada
suatu keadaan lingkungan sangat tergantung pada ERH lingkungannya.
D. KADAR AIR KESETIMBANGAN DAN SORPSI ISOTERMIS
Kadar air kesetimbangan adalah kadar air suatu bahan setelah berada pada kondisi lingkungannya dalam periode waktu yang lama Brooker et al.,
1992. Menurut Fellows 1990, kadar air kesetimbangan merupakan kadar air bahan pangan ketika tekanan uap air dari bahan tersebut dalam kondisi
setimbang dengan lingkungannya dimana produk sudah tidak mengalami perubahan atau pengurangan bobot produk. Pengertian ini sejalan dengan
definisi yang dikemukakan Heldman dan Singh 1981 bahwa kadar air kesetimbangan suatu bahan adalah kadar air bahan tersebut saat tekanan uap air
bahan dalam kondisi setimbang dengan lingkungannya, sedangkan kelembaban relatif pada saat terjadinya kadar air kesetimbangan dinyatakan sebagai
kelembaban relatif kesetimbangan equilibrium relative humidity. Kadar air kesetimbangan penting untuk menentukan bertambah atau
berkurangnya kadar air bahan pada kondisi suhu tertentu. Jika kelembaban relatif udara lebih tinggi dibandingkan kelembaban relatif bahan pangan maka
bahan tersebut akan menyerap air adsorpsi. Sebaliknya jika kelembaban relatif udara lebih rendah dari kelembaban relatif bahan maka bahan akan
menguapkan air yang dikandungnya desorpsi Brooker et al., 1992.
15 Penentuan kadar air kesetimbangan dapat dilakukan dengan dua cara,
yaitu metode statis dan metode dinamis. Berdasarkan metode statis, kadar air kesetimbangan bahan diperoleh pada keadaan udara diam dengan cara
meletakkan contoh dalam tempat yang kondisi suhu dan RH-nya terkontrol. Metode statis biasanya digunakan untuk keperluan penyimpanan karena pada
umumnya udara di sekitar bahan relatif tidak bergerak diam. Pada metode statis, tercapainya kadar air kesetimbangan ditandai dengan konstannya bobot
bahan. Bobot bahan dikatakan konstan bila selisih bobot antara tiga kali penimbangan berturut-turut tidak lebih dari 2mgg untuk kondisi RH
≤ 90 dan tidak lebih dari 10 mgg untuk kondisi RH 90 Liovonen dan Ross,
2000 diacu dalam Adawiyah, 2006. Lain halnya dengan metode dinamis, kadar air kesetimbangan diperoleh ketika bahan diletakkan pada kondisi udara
bergerak. Metode ini biasanya digunakan pada proses pengeringan. Pergerakan udara dibutuhkan untuk untuk mempercepat pengeringan dan menghindari
penjenuhan uap air di sekitar bahan Brooker et al., 1992. Kadar air kesetimbangan produk pangan sangat penting dalam menggambarkan kurva
sorpsi isothermis produk tersebut yang bergantung pada suhu dan kelembaban udara lingkungan.
Perilaku produk makanan terhadap kelembaban udara lingkungannya digambarkan oleh suatu kurva sorpsi isotermis, yaitu kurva yang menunjukkan
hubungan antara kadar air bahan pangan dengan kelembaban relatif kesetimbangan ruang penyimpanan ERH atau aktivitas air a
w
pada suhu tertentu Syarief dan Halid, 1993. Kurva sorpsi isotermis juga
menggambarkan aktivitas adsorpsi menyerap air dan desorpsi menguapkan air dari bahan makanan. Hubungan ERH atau a
w
dan kadar air bahan pangan pada suhu konstan digambarkan seperti pada gambar 2. Pada bahan pangan,
sorpsi isotermis air dapat menggambarkan kandungan air yang dimiliki bahan tersebut sebagai keadaan relatif ruang tempat penyimpanan Winarno, 2004.
Sorpsi isotermis banyak dipakai dalam penelitian bahan pangan seperti umur simpan, penyimpanan, pengemasan, dan pengeringan.
16
Gambar 2. Kurva sorpsi isotermis secara umum Labuza, 1982
Hubungan antara keadaan air dalam bahan pangan dan aktivitas air dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hubungan antara aktivitas air a
w
dan keadaan fisik air a
w
Keadaan air di dalam bahan pangan 0.00 – 0.35 Adsorpsi pada lapisan tunggal monolayer
0.35 – 0.60 Adsorpsi air pada lapisan tambahan multilayer
0.60 – 1.00 Air terkondensasi pada kapiler atau pori-pori yang
dilanjutkan dengan disolusi padatan terlarut Sumber : Gunasekharan dan John 1993
Lebih lanjut Syarief dan Halid 1993 dan Buckle et al. 1985 menjelaskan pada umumnya kurva sorpsi isotermis bahan pangan berbentuk
sigmoid menyerupai huruf S. Pada kenyataannya grafik penyerapan uap air dari udara oleh bahan pangan kurva adsorpsi dan grafik pelepasan uap air
oleh bahan pangan ke udara kurva desorpsi tidak pernah berhimpit. Keadaan tersebut disebut sebagai fenomena histeresis. Fenomena histeresis menjelaskan
bahwa nilai a
w
yang berbeda diperoleh pada pengukuran makanan dengan kadar air sama, tergantung pada bagaimana cara tercapainya kadar air tersebut,
melalui proses adsorpsi atau desorpsi Buckle et al., 1985. Besarnya histeresis dan bentuk kurva sangat beragam sekali
tergantung pada beberapa faktor seperti sifat alami bahan pangan, perubahan
17 fisik yang terjadi selama perpindahan air, suhu, kecepatan desorpsi dan
tingkatan air yang dipindahkan selama desorpsi Fennema, 1985. Secara umum, dapat dikatakan bahwa bentuk kurva sorpsi isotermis ini khas untuk
setiap jenis bahan pangan Winarno, 2004. Pengetahuan tentang sorpsi isotermis suatu bahan pangan akan sangat
membantu sekali dalam penentuan jenis pengemas yang dibutuhkan dan memprediksikan karakteristik kondisi penyimpanan yang sesuai serta masa
simpannya Mir dan Nath, 1995 sehingga pertumbuhan mikroba yang sering menyebabkan kerusakan bahan pangan dapat dihindari Boente et al., 1996.
Selain itu berguna juga untuk menghitung waktu pengeringan, memprediksikan kondisi keseimbangan dalam suatu campuran produk dengan nilai a
w
yang berbeda Chirife dan Iglesias, 1978.
E. MODEL PERSAMAAN SORPSI ISOTERMIS
